Luận án tiến sĩ về quan trắc và đánh giá kết cấu cầu sử dụng cảm biến cáp quang - Mai Đức Anh
Luận án tiến sĩ nghiên cứu phương pháp quan trắc và đánh giá kết cấu cầu bằng hệ cảm biến cáp quang, nâng cao độ an toàn và hiệu quả.
Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
213
Thời gian đọc
32 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Tổng quan về Giám sát Sức khỏe Cầu và Cảm biến Quang
Nghiên cứu đánh giá kết cấu cầu là yếu tố then chốt đảm bảo an toàn, tuổi thọ công trình. Giám sát Sức khỏe Kết cấu (SHM) sử dụng công nghệ tiên tiến mang lại hiệu quả cao. Hệ thống SHM giúp phát hiện sớm hư hỏng, giảm chi phí sửa chữa. Đặc biệt, công nghệ cảm biến cáp quang đã mở ra hướng đi mới. Các cảm biến quang học cung cấp dữ liệu chính xác, tin cậy. Chúng hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt. Tài liệu này cung cấp cái nhìn tổng quan về SHM. Nó cũng nhấn mạnh vai trò của cảm biến quang trong giám sát cầu. Nhiều nghiên cứu SHM cầu đã được thực hiện trên thế giới. Các cây cầu lớn như Tsing Ma, Akashi Kaikyo đều được trang bị hệ thống giám sát. Tại Việt Nam, cầu Rồng, cầu Cần Thơ cũng ứng dụng công nghệ quan trắc. Việc áp dụng cảm biến quang học vào SHM cầu ngày càng phổ biến. Điều này do những ưu điểm vượt trội của chúng. Cảm biến quang học có khả năng đo lường đa dạng. Chúng có thể đo biến dạng, ứng suất, nhiệt độ, và rung động. Công nghệ này giúp nâng cao độ chính xác, hiệu quả của công tác bảo trì cầu.
1.1. Hệ thống SHM cầu hiện đại tầm quan trọng
Hệ thống Giám sát Sức khỏe Kết cấu (SHM) đóng vai trò thiết yếu. Nó đảm bảo an toàn vận hành, kéo dài tuổi thọ cầu. Các hệ thống SHM hiện đại tích hợp nhiều loại cảm biến. Chúng thu thập dữ liệu về trạng thái kết cấu. Dữ liệu này giúp đánh giá biến dạng cầu, ứng suất, dịch chuyển. SHM giúp phát hiện nứt, hư hỏng sớm. Việc này ngăn ngừa sự cố nghiêm trọng. Các cây cầu lớn trên thế giới đã ứng dụng SHM rộng rãi. Ví dụ như cầu Tsing Ma (Hồng Kông) và Akashi Kaikyo (Nhật Bản). Các hệ thống này sử dụng hàng trăm cảm biến. Chúng liên tục giám sát rung động, biến dạng và nhiệt độ. Tại Việt Nam, cầu Cần Thơ, cầu Rồng cũng lắp đặt hệ thống quan trắc. Mục tiêu chính của SHM là cung cấp thông tin kịp thời. Nó hỗ trợ quyết định bảo trì, sửa chữa hiệu quả. Hệ thống SHM giảm thiểu rủi ro, tối ưu hóa chi phí. Nó tăng cường độ tin cậy của hạ tầng giao thông.
1.2. Vai trò cảm biến quang trong SHM kết cấu
Cảm biến quang học mang lại nhiều ưu điểm vượt trội cho SHM kết cấu. Chúng có khả năng chống nhiễu điện từ. Cảm biến quang cũng có độ bền cao, kích thước nhỏ gọn. Đặc biệt, cảm biến cáp quang có thể được ghép nối thành chuỗi. Điều này giúp giảm số lượng cáp, đơn giản hóa lắp đặt. Cảm biến mạng Bragg (FBG) là một loại cảm biến quang phổ biến. FBG có độ nhạy cao, độ chính xác tuyệt vời. Nó được dùng để đo biến dạng, nhiệt độ, ứng suất. Cảm biến phân tán cũng được nghiên cứu ứng dụng. Cảm biến quang học có thể đo biến dạng cầu, giám sát rung động. Chúng phát hiện nứt, đo dịch chuyển một cách hiệu quả. Dữ liệu từ cảm biến quang giúp đánh giá chính xác sức khỏe cầu. Nó cung cấp cơ sở dữ liệu cho các thuật toán dự báo hư hỏng. Sự phát triển của cảm biến quang học đã cách mạng hóa lĩnh vực SHM. Nó giúp việc giám sát trở nên đáng tin cậy và bền vững hơn.
II.Cảm biến FBG Lý thuyết Tính toán và Đặc trưng Quan trọng
Cảm biến mạng Bragg (FBG) là công nghệ cốt lõi trong giám sát sức khỏe kết cấu cầu. FBG hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ ánh sáng theo định luật Bragg. Sự thay đổi trong cấu trúc mạng của sợi quang gây ra sự dịch chuyển bước sóng phản xạ. Sự dịch chuyển này tỷ lệ thuận với biến dạng hoặc nhiệt độ. Cảm biến FBG có nhiều loại khác nhau. Mỗi loại phù hợp với những ứng dụng riêng biệt. Việc hiểu rõ lý thuyết và đặc trưng cơ lý của FBG rất quan trọng. Nó giúp tối ưu hóa việc lắp đặt và thu thập dữ liệu. Nghiên cứu này đi sâu vào các đặc tính kỹ thuật của FBG. Nó so sánh FBG với các loại cảm biến truyền thống. Kết quả cho thấy FBG vượt trội về độ chính xác, độ bền. Nó có khả năng chống nhiễu, tích hợp dễ dàng. Điều này làm cho FBG trở thành lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống SHM hiện đại. Cảm biến FBG đóng góp lớn vào việc đo biến dạng cầu, đo ứng suất. Nó cũng hiệu quả trong giám sát rung động, phát hiện nứt. Đây là công cụ mạnh mẽ để đánh giá toàn diện sức khỏe công trình.
2.1. Khái niệm và phân loại cảm biến mạng Bragg FBG
Cảm biến mạng Bragg sợi quang (FBG) là một thiết bị quang học. Nó được tạo ra bằng cách khắc một cấu trúc mạng chu kỳ vào lõi sợi quang. Khi ánh sáng truyền qua sợi, mạng Bragg chỉ phản xạ một bước sóng cụ thể. Bước sóng này gọi là bước sóng Bragg. Bước sóng Bragg thay đổi khi sợi quang chịu tác động cơ học hoặc nhiệt độ. Sự thay đổi này được đo để xác định biến dạng hoặc nhiệt độ. FBG có thể được phân loại dựa trên cấu trúc hoặc ứng dụng. Các loại phổ biến bao gồm FBG giản đơn, FBG đồng nhất. Ngoài ra còn có FBG biến thiên theo chiều dài, FBG lưới ghép nghiêng. Mỗi loại có đặc tính phản xạ và độ nhạy riêng. Việc lựa chọn loại FBG phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của việc đo. FBG là giải pháp lý tưởng cho việc đo biến dạng cầu. Nó còn được dùng để giám sát nhiệt độ và ứng suất trong kết cấu.
2.2. Đặc trưng cơ lý và ưu điểm vượt trội của FBG
Cảm biến FBG sở hữu nhiều đặc trưng cơ lý ưu việt. Chúng có khả năng phản xạ ánh sáng mạnh mẽ. Độ rộng băng thông phản xạ ổn định. Đặc điểm này đảm bảo tín hiệu đo rõ ràng, chính xác. FBG cũng ít bị ảnh hưởng bởi độ trễ nhóm và sự phân tán. Khả năng chịu nhiệt độ của FBG rất tốt. Nó duy trì độ chính xác trong phạm vi nhiệt độ rộng. Mô đun đàn hồi và độ cứng của sợi quang cũng là yếu tố quan trọng. Các đặc trưng này quyết định độ nhạy và độ bền của cảm biến. FBG có kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, dễ lắp đặt. Chúng có khả năng chống nhiễu điện từ hoàn toàn. Điều này rất quan trọng trong môi trường công nghiệp. FBG có thể được ghép nối chuỗi hàng chục cảm biến trên một sợi quang. Điều này giúp hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu (SHM) trở nên hiệu quả. FBG vượt trội hơn nhiều cảm biến điện truyền thống. Nó mang lại độ tin cậy cao hơn trong việc đo biến dạng cầu, ứng suất và rung động.
III.Ứng dụng Cảm biến FBG đo Động học Kết cấu Cầu
Nghiên cứu ứng dụng thực nghiệm cảm biến FBG trong giám sát động học cầu. Hai mô hình cầu thí nghiệm được sử dụng: cầu giàn thép và cầu dây văng. Đây là các mô hình đại diện cho hai loại kết cấu cầu phổ biến. Thiết kế thí nghiệm kỹ lưỡng, đảm bảo tính đại diện. Cảm biến FBG được bố trí tại các vị trí chiến lược. Các vị trí này giúp thu thập dữ liệu về biến dạng và rung động. Quy trình đo đạc được thực hiện nghiêm ngặt. Dữ liệu thu được từ cảm biến cáp quang được phân tích chi tiết. Mục tiêu là xác định các đặc trưng động học của cầu. Ví dụ như tần số riêng, dạng dao động. Kết quả phân tích cho thấy độ tin cậy cao của FBG. FBG cung cấp dữ liệu chính xác về phản ứng động học của kết cấu. Ứng dụng này minh chứng tiềm năng của FBG. Nó phục vụ cho việc đánh giá sức khỏe cầu trong thực tế. Khả năng đo biến dạng cầu và giám sát rung động của FBG được khẳng định. Điều này góp phần vào việc phát hiện hư hỏng, đo dịch chuyển sớm.
3.1. Thiết kế thí nghiệm với cầu giàn thép và dây văng
Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc chế tạo và lắp đặt hai mô hình cầu. Một mô hình là cầu giàn thép, mô hình kia là cầu dây văng. Các mô hình này được thiết kế để mô phỏng hành vi của cầu thực tế. Cảm biến FBG được lựa chọn và hiệu chuẩn cẩn thận. Vị trí lắp đặt cảm biến FBG được tính toán kỹ lưỡng. Mục đích là để tối ưu hóa việc thu thập dữ liệu. Cảm biến được gắn vào các dầm, thanh giằng và dây văng. Chúng đo biến dạng cục bộ và tổng thể của kết cấu. Hệ thống thu thập dữ liệu quang học được kết nối. Nó đảm bảo thu thập dữ liệu đồng bộ và liên tục. Việc thiết kế thí nghiệm này là bước quan trọng. Nó giúp kiểm chứng khả năng của cảm biến cáp quang. Đặc biệt là trong việc đo biến dạng cầu và giám sát rung động.
3.2. Thu thập phân tích dữ liệu đo biến dạng cầu FBG
Dữ liệu từ cảm biến FBG được thu thập trong các điều kiện tải trọng khác nhau. Các tải trọng tĩnh và động được áp dụng cho cả hai mô hình cầu. Dữ liệu biến dạng cầu và rung động được ghi lại với tần số cao. Quá trình thu thập dữ liệu đảm bảo tính toàn vẹn và chính xác. Sau đó, dữ liệu được xử lý và phân tích bằng các phần mềm chuyên dụng. Phân tích này bao gồm việc lọc nhiễu, chuyển đổi tín hiệu quang thành giá trị vật lý. Các đặc trưng động học của cầu được xác định. Ví dụ như tần số riêng, độ giảm chấn. Kết quả từ FBG được so sánh với các phương pháp đo truyền thống. Sự tương đồng cao giữa các kết quả khẳng định độ tin cậy của FBG. Phân tích dữ liệu giúp đánh giá biến dạng cầu dưới tác động của tải trọng. Nó cung cấp thông tin quý giá về sức khỏe kết cấu. Việc này hỗ trợ cho việc phát hiện nứt và đo dịch chuyển sớm.
IV.SHM Thuật toán Tối ưu Kết hợp Dữ liệu Cảm biến Quang
Để nâng cao hiệu quả giám sát sức khỏe kết cấu (SHM), thuật toán tối ưu được đề xuất. Thuật toán này kết hợp dữ liệu thu được từ cảm biến cáp quang. Mô hình số của cầu giàn thép và cầu dây văng được xây dựng bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Các mô hình này đóng vai trò cơ sở để so sánh với dữ liệu thực nghiệm. Phương pháp Phân rã Giá trị riêng (Singular Value Decomposition - SVD) được tích hợp. SVD giúp xử lý và phân tích dữ liệu hiệu quả. Một thuật toán mới, H5N1-SVD, được phát triển. Thuật toán này có khả năng cập nhật mô hình và xác định hư hỏng. Nó sử dụng dữ liệu đo biến dạng cầu và rung động từ FBG. Áp dụng thuật toán vào các mô hình cầu cho thấy hiệu quả rõ rệt. Nó giúp xác định vị trí và mức độ hư hỏng một cách chính xác. Việc kết hợp dữ liệu cảm biến quang với thuật toán tối ưu là bước tiến lớn. Nó tối ưu hóa quy trình đánh giá kết cấu, phát hiện nứt sớm. Điều này góp phần vào việc duy trì an toàn và tuổi thọ công trình.
4.1. Xây dựng mô hình số và phương pháp SVD
Mô hình số của cầu giàn thép và cầu dây văng được xây dựng chi tiết. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng cho việc này. Các mô hình này tái tạo chính xác hành vi của kết cấu thực tế. Chúng bao gồm các đặc tính vật liệu và hình học của cầu. Dữ liệu từ cảm biến FBG được dùng để hiệu chỉnh mô hình. Phương pháp Phân rã Giá trị riêng (SVD) được ứng dụng rộng rãi. SVD giúp giảm chiều dữ liệu và trích xuất thông tin quan trọng. Nó xử lý các ma trận dữ liệu lớn từ cảm biến cáp quang. SVD phân tách một ma trận thành ba ma trận con. Điều này giúp phân tích các chế độ dao động và phản ứng của cầu. Việc tích hợp SVD vào quy trình SHM cải thiện khả năng phân tích. Nó giúp xác định các thay đổi nhỏ trong hành vi kết cấu. Từ đó phát hiện nứt, đo dịch chuyển chính xác hơn.
4.2. Xác định hư hỏng cập nhật mô hình từ dữ liệu FBG
Thuật toán H5N1-SVD được áp dụng để cập nhật mô hình số. Nó sử dụng dữ liệu đo biến dạng cầu và giám sát rung động từ FBG. Quy trình cập nhật mô hình giúp điều chỉnh các tham số. Các tham số này phản ánh trạng thái thực tế của cầu. Sau khi cập nhật, thuật toán xác định vị trí và mức độ hư hỏng. Nó hoạt động bằng cách so sánh phản ứng của mô hình với dữ liệu thực nghiệm. Các điểm khác biệt lớn chỉ ra khu vực có khả năng hư hỏng. Thí nghiệm trên cầu giàn thép và cầu dây văng minh chứng hiệu quả. Thuật toán H5N1-SVD nhận diện chính xác các hư hỏng giả định. Khả năng phát hiện nứt và đo dịch chuyển được cải thiện đáng kể. Việc này cung cấp một công cụ mạnh mẽ. Nó hỗ trợ các kỹ sư đưa ra quyết định bảo trì kịp thời. Nó cũng tăng cường độ an toàn và hiệu quả quản lý cầu.
V.Kết luận và Kiến nghị Tương lai Cảm biến Cáp Quang
Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của cảm biến cáp quang. Đặc biệt là cảm biến mạng Bragg (FBG) trong giám sát sức khỏe kết cấu cầu (SHM). Các thí nghiệm trên mô hình cầu giàn thép và cầu dây văng cho thấy FBG cung cấp dữ liệu biến dạng cầu, rung động chính xác. Thuật toán H5N1-SVD được đề xuất đã thành công trong việc cập nhật mô hình số và xác định hư hỏng. Công nghệ cảm biến quang học là giải pháp ưu việt cho SHM cầu. Nó mang lại độ tin cậy cao, khả năng chống nhiễu vượt trội. Công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc nâng cao an toàn và tối ưu hóa chi phí bảo trì. Việc tiếp tục phát triển và chuẩn hóa các phương pháp ứng dụng FBG là cần thiết. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành xây dựng cầu đường.
5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu chính
Nghiên cứu đã đạt được nhiều kết quả quan trọng. Thứ nhất, nó tổng quan sâu rộng về SHM và cảm biến quang. Nó làm nổi bật ưu điểm của FBG so với cảm biến truyền thống. Thứ hai, thí nghiệm thực tế trên mô hình cầu giàn thép và dây văng. Nó chứng minh khả năng đo biến dạng cầu và giám sát rung động của FBG. FBG cung cấp dữ liệu chính xác, tin cậy về đặc trưng động học. Thứ ba, thuật toán tối ưu H5N1-SVD được phát triển. Thuật toán này giúp cập nhật mô hình và xác định hư hỏng hiệu quả. Nó xử lý dữ liệu từ cảm biến cáp quang một cách thông minh. Kết quả cho thấy khả năng phát hiện nứt, đo dịch chuyển chính xác. Nghiên cứu khẳng định tiềm năng lớn của cảm biến quang học trong SHM cầu. Nó góp phần vào việc đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình.
5.2. Hướng phát triển ứng dụng cảm biến quang
Tương lai của cảm biến cáp quang trong SHM cầu rất rộng mở. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa thiết kế và triển khai FBG. Phát triển các thuật toán thông minh hơn để phân tích dữ liệu lớn. Điều này giúp cải thiện khả năng phát hiện nứt, đo ứng suất. Việc tích hợp FBG với các công nghệ khác như IoT, AI sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Cần xây dựng các tiêu chuẩn, quy trình lắp đặt và hiệu chuẩn FBG. Điều này đảm bảo tính đồng bộ và độ tin cậy của hệ thống. Ứng dụng FBG vào giám sát cầu thực tế cần được đẩy mạnh. Các nghiên cứu về độ bền lâu dài và chi phí vòng đời của hệ thống FBG cũng quan trọng. Việc phát triển cảm biến phân tán và các loại cảm biến quang khác cũng cần được chú trọng. Điều này nhằm mở rộng khả năng giám sát, bao quát nhiều loại hư hỏng hơn. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra các hệ thống SHM toàn diện, bền vững.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (213 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -----------o0o----------- MAI ĐỨC ANH QUAN TRẮC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU CẦU SỬ DỤNG HỆ CẢM BIẾN CÁP QUANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI – 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -----------o0o----------- MAI ĐỨC ANH QUAN TRẮC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT CẤU CẦU SỬ DỤNG HỆ CẢM BIẾN CÁP QUANG Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số : 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. Nguyễn Ngọc Long HÀ NỘI – 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực.
Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2024 Tác giả Mai Đức Anh ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ. v DANH MỤC BẢNG BIỂU. x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.
xii KÝ HIỆU TOÁN HỌC. xiv MỞ ĐẦU. Mục tiêu nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Nội dung của luận án. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT SỨC KHOẺ CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG HỆ CẢM BIẾN VÀ CẢM BIẾN QUANG.
Tổng quan về hệ thống theo dõi sức khoẻ công trình cầu. Tổng quan về các nghiên cứu giám sát sức khoẻ công trình cầu. Tổng quan về giám sát sức khoẻ công trình sử dụng hệ cảm biến và cảm biến quang. Kết luận Chương 1.
26 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CẢM BIẾN FBG. Khái niệm về cảm biến FBG. Phân loại cảm biến FBG. Cảm biến quang giản đơn.
Cảm biến quang đồng nhất. Cảm biến quang biến thiên theo chiều dài [72]. Cảm biến quang lưới ghép nghiêng [73]. Đặc trưng cơ học của cảm biến quang.
Khả năng phản xạ của sợi quang học. Đặc trưng của băng thông. Đặc điểm độ trễ nhóm và sự phân tán. Ảnh hưởng nhiệt độ.
Các đặc trưng cơ bản của cảm biến quang FBG. Mô đun đàn hồi và độ cứng. So sánh cảm biến FBG với một số cảm biến truyền thống. Tổng kết chương 2.
60 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CẢM BIẾN FBG ĐỂ THEO DÕI ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CỦA KẾT CẤU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM. Thiết kế thí nghiệm. Cầu giàn thép. Cầu dây văng.
Tiến hành đo đạc và phân tích số liệu. Thí nghiệm trên cầu dàn thép. Thí nghiệm trên cầu dây văng. Phân tích kết quả.
Đối với cầu dàn thép. Đối với cầu dây văng. Tổng kết chương 3. 103 CHƯƠNG 4: GIÁM SÁT SỨC KHỎE KẾT CẤU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN TỐI ƯU ĐỀ XUẤT KẾT HỢP DỮ LIỆU THU ĐƯỢC TỪ CẢM BIẾN QUANG 105 4.
Xây dựng mô hình số. Mô hình phần tử hữu hạn Cầu giàn thép. Mô hình phần tử hữu hạn Cầu dây văng. Thuật toán đề xuất.
Phương pháp Phân rã Giá trị riêng (Singular Value Decomposition - SVD). Thuật toán H5N1-SVD. Áp dụng thuật toán đề xuất để cập nhật và xác định hư hỏng cho mô hình. Cập nhật mô hình số.
Xác định hư hỏng cầu giàn thép. Xác định hư hỏng cầu dây văng. Kết luận chương 4. 152 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
153 iv Kết luận:. 154 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 155 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 165 Phần 1: Mô hình cầu dàn thép thí nghiệm (Matlab).
165 Phần 2: Mô hình cầu dây văng thí nghiệm (Ansys APDL). 174 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Hệ thống cảm biến được lắp đặt trên Cầu Tsing Ma phục vụ cho việc giám sát sức khỏe. 7 Hình 1-2: Cầu Akashi Kaiyo (Nhật Bản). 9 Hình 1-3: Hệ thống quan trắc của cầu Akashi Kaikyo (Nhật Bản).
10 Hình 1-4: Cầu Tatara (Nhật Bản). 10 Hình 1-5: Hệ thống quan trắc của cầu Tatara (Nhật Bản). 11 Hình 1-6: Cầu Tsingma – Hong Kong. 11 Hình 1-7: Hệ thống quan trắc của cầu Tsingma (Hong Kông).
12 Hình 1-8: Cầu Rồng - Thành phố Đà Nẵng. 12 Hình 1-9: Cầu Cần Thơ – Tỉnh Cần Thơ. 13 Hình 1-10: Hệ quan trắc cầu Cần Thơ. 14 Hình 1-11: Cầu Bính – Thành phố Hải Phòng.
14 Hình 1-12: Sơ đồ các vị trí cảm biến FBG để giám sát biến dạng của cầu. 22 Hình 2-1: Một bức xạ được phản xạ bởi cấu trúc mạng của một tinh thể và sẽ gây nhiễu nếu tuân theo định luật Bragg. 27 Hình 2-2: Hình dạng sóng phản xạ Bragg điển hình với các tham số của nó được xác định. 29 Hình 2-3: Cách tử Bragg thống nhất với chỉ số biên độ và chu kỳ điều chế không đổi.
33 Hình 2-4: Phổ phản xạ điển hình của trung tâm cách tử Bragg ở bước sóng 1550 nm như một hàm của bước sóng. 35 Hình 2-5: Sơ đồ của CFBG và phương pháp rời rạc hóa. (a) Phác thảo FBG được đa tần số tuyến tính; (b) rời rạc tương ứng CFBG thành MFBG thống nhất. 36 Hình 2-6: Mô phỏng phổ CFBG bằng mô hình dựa trên CMT.
Biểu đồ cho thấy quang phổ có độ dài 𝐿 khác nhau nằm trong khoảng từ 20 mm đến 50 mm và hệ số tốc độ chia đa tần 𝜉 bằng 1–2 nm/mm; các tham số cách tử khác là 𝛿𝑛𝑒𝑓𝑓 = 10 − 6, 𝑛𝑒𝑓𝑓 = 1,5, 𝜆𝐵(0) = 1520 𝑛𝑚, 𝑘𝐿𝑔 = 0,4 và bước rời rạc là 𝐿𝑔 = 0,2 𝑚𝑚. 39 Hình 2-7: Mô phỏng sự biến đổi của phổ CFBG với mô hình CMT, tiếp xúc với các kiểu nhiệt độ khác nhau. (a) Các biến đổi nhiệt độ áp dụng cho CFBG dài vi 50 mm với tốc độ chia đa tần 1 nm/mm; (b) Phổ phản xạ CFBG thu được cho từng cấu hình nhiệt độ. Mỗi biến đổi được hiển thị cùng màu trong hai biểu đồ.
Sơ đồ cấu trúc của TFBG 𝛬 là chu kỳ cách tử và 𝜉 biểu thị góc nghiêng. Minh họa của vectơ sóng cho sự ghép cặp hình thái trong TFBG. Phổ truyền của TFBG có góc nghiêng nhỏ hơn hơn 5 độ. 42 Hình 2-11: Cách tử Bragg sợi đồng nhất [74].
43 Hình 2-12: Đáp ứng phổ phản xạ và truyền dẫn đối với cách tử Bragg đồng nhất với các giá trị cường độ cách tử khác nhau đối với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. 45 Hình 2-13: Đáp ứng phổ phản xạ và thời gian trễ so với bước sóng đối với cách tử Bragg đồng nhất với các giá trị khác nhau của cường độ cách tử đối với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme[74]. 46 Hình 2-14: Tính chất phân tán của hàm POF đồng nhất với chiều dài cách tử (𝐿𝑔) ở các giá trị ξ khác nhau [76]. 48 Hình 2-15: Ảnh hưởng của chiết suất trung bình (δn) đến tính chất phân tán của hàm POF đồng nhất đến chiều dài cách tử (𝐿𝑔) đối với (a) ξ = 2,41 / m và (b) ξ = 61 / m [76].
49 Hình 2-16: Ảnh hưởng của chiết suất trung bình (δn) đến tính chất phân tán của hàm POF đồng nhất đến chiều dài cách tử (Lg) dựa trên các giá trị tối ưu của (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76]. 50 Hình 2-17: Ảnh hưởng của sự biến thiên nhiệt độ (T) đến tính chất phân tán của hàm POF đồng nhất đến chiều dài cách tử (Lg) (a) ξ = 2,41/m và (b) ξ = 61/m [76]. 50 Hình 2-18: Phổ phản xạ và truyền dẫn so với sự thay đổi nhiệt độ đối với cách tử Bragg đồng nhất với các giá trị độ bền cách tử khác nhau đối với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. 52 Hình 2-19: Phổ phản xạ và thời gian trễ so với sự thay đổi nhiệt độ đối với cách tử Bragg đồng nhất với các giá trị cường độ cách tử khác nhau đối với (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74].
54 Hình 2-20: Phổ phản xạ và độ trễ thời gian so với sự thay đổi nhiệt độ đối với cách tử Bragg đồng nhất với điều chế chỉ số Δn = 1 × 10 − 4 cho các giá trị khác vii nhau của chiều dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. 55 Hình 2-21: Phổ phản xạ và độ trễ thời gian so với sự thay đổi nhiệt độ đối với cách tử Bragg đồng nhất với điều chế chỉ số Δn = 5 × 10 − 4 cho các giá trị khác nhau của chiều dài cách tử (a) sợi quang silica và (b) sợi quang polyme [74]. 56 Hình 3-1: Mô hình cầu giàn thép trong phòng thí nghiệm. 62 Hình 3-2: Bản vẽ chi tiết kết cấu nhịp.
63 Hình 3-3: Liên kết tại nút giàn. 63 Hình 3-4: Gối cầu. 65 Hình 3-6: Bộ kẹp cáp quang. 65 Hình 3-7: Thông số kích thước bộ kẹp cáp (mm).
65 Hình 3-8: Bộ dò tín hiệu quang FAZT-I4G. 67 Hình 3-9: Giao diện phần mềm Femtosense. 68 Hình 3-10: Giao diện phần mềm MACEC. 69 Hình 3-11: Đầu đo nhận dạng dao động.
70 Hình 3-12: Cáp truyền tín hiệu. 70 Hình 3-13: Bộ thu tín hiệu. 71 Hình 3-14: Mô-đun thu tín hiệu. 71 Hình 3-15: Sơ đồ bố trí đo đạc.
72 Hình 3-16: Mô hình cầu dây văng trong phòng thí nghiệm. 73 Hình 3-17: Neo dây cáp được hàn cố định trên bản mặt cầu. 74 Hình 3-18: Hệ thống điều chỉnh lực căng dây văng tại đỉnh tháp. 74 Hình 3-19: Quả nặng được treo dưới các neo cáp tại bản dưới của kết cấu nhịp.
75 Hình 3-20: Bố trí đầu đo gia tốc tại các vị trí theo sơ đồ đo. 77 Hình 3-21: Theo dõi dữ liệu đo theo thời gian bằng phần mềm LabView 2014. 78 Hình 3-22: Bố trí đo đạc. 78 Hình 3-23: Lắp đặt cảm biến quang trên các thanh mạ thượng và mạ hạ.
79 Hình 3-24: (a) Vị trí cảm biến quang tại nút giàn (b) tạo kích thích dao động. 79 Hình 3-25: Giao diện phần mềm Fentosense trong quá trình đo. 80 Hình 3-26: Một số điểm đo trong phòng thí nghiệm. 81 viii Hình 3-27: Lắp đặt cáp quang.
81 Hình 3-28: Một số điểm đo FBG trên cầu dây văng trong phòng thí nghiệm. 82 Hình 3-29: Tạo kích thích bằng búa. 82 Hình 3-30: Tạo kích thích.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Đánh giá kết cấu cầu bằng cảm biến cáp quang" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ nghiên cứu phương pháp quan trắc và đánh giá kết cấu cầu bằng hệ cảm biến cáp quang, nâng cao độ an toàn và hiệu quả.
Luận án "Đánh giá kết cấu cầu bằng cảm biến cáp quang" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại trường đại học giao thông vận tải. Năm bảo vệ: 2024.
Luận án "Đánh giá kết cấu cầu bằng cảm biến cáp quang" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Đánh giá kết cấu cầu bằng cảm biến cáp quang" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông. Danh mục: Kỹ Thuật Xây Dựng Cầu Đường.
Luận án "Đánh giá kết cấu cầu bằng cảm biến cáp quang" có bao nhiêu trang?
Luận án "Đánh giá kết cấu cầu bằng cảm biến cáp quang" có 213 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Đánh giá kết cấu cầu bằng cảm biến cáp quang" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.