Hệ thống quan trắc công trình cầu nhịp lớn

Bài viết này nhằm giới thiệu về hệ thống quan trắc cầu nhịp lớn trên thế giới và Việt Nam cũng như vai trò quan trọng của nó trong quá trình thiết kế, thi công, khai thác cầu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ thống quan trắc công trình cầu nhịp lớnNguyễn Danh Thắng...Hệ thống quan trắc công trình cầu nhịp lớnHỆ THỐNG QUAN TRẮC CÔNG TRÌNH CẦU NHỊP LỚNNguyễn Danh Thắng(1), Hồ Thu Hiền(1), Trần Nguyễn Nhật Nam(1)(1)Trường Đại học Bách Khoa (VNU-HCM)Ngày nhận 29/12/2016; Chấp nhận đăng 29/01/2017; Email: ndthang@hcmut.edu.vnTóm tắtVới sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, số lượng cầu nhịp lớn trên thế giớiđược xây dựng ngày càng nhiều. Do vai trò đặc biệt quan trọng của chúng, cộng với giá thànhxây dựng rất đắt đỏ, các cầu này cần thiết phải được duy tu, bảo dưỡng thường xuyên và kịpthời. Quá trình này thường gặp nhiều khó khăn do nhiều lý do như vị trí xây dựng khắc nghiệt(thường bắc qua cửa biển hoặc sông lớn), số chi tiết nhiều, cấu tạo phức tạp, chi phí lớn...Chính vì vậy, việc phát triển hệ thống quan trắc công trình cho cầu nhịp lớn là rất cần thiết vớimục tiêu tiết kiệm chi phí duy tu bảo dưỡng và vận hành cầu, cũng như đảm bảo an toàn giaothông cho các công trình này. Bài báo này nhằm giới thiệu về hệ thống quan trắc cầu nhịp lớntrên thế giới và Việt Nam cũng như vai trò quan trọng của nó trong quá trình thiết kế, thi công,khai thác cầu.Từ khóa: quan trắc cầu, cầu nhịp lớn, duy tu bảo dưỡngAbstractSTRUCTURAL HEALTH MONITORING SYSTEM FOR LONG-SPAN BRIDGEWith the rapid development of science and technology, the number of large span bridgeis increasing to meet the needs of growing traffic. Due to the extremely important role and veryexpensive cost of them, these bridges need to be maintained frequently. However, this processis often difficult because of their specific conditions. Therefore, the development of monitoringsystems for large span bridges are essential for cost savings for maintenance, operation andtraffic safety for these bridges. This paper aims to introduce a monitoring system for large-spanbridges in the world and Vietnam as well as its important role in the process of design,construction and operation of the bridge.1. Tổng quan về quan trắc cầu nhịp lớn1.1. Giới thiệu về hệ thống quan trắc cầuHệ thống quan trắc sức khỏe kết cấu công trình (Structure Health Monitoring System) nóichung là quá trình xác định hư hỏng, xuống cấp của kết cấu công trình xây dựng. Hư hỏng đượcđịnh nghĩa là những thay đổi trong vật liệu, tính chất hình học của hệ thống, bao gồm thay đổiđiều kiện biên và sự liên kết trong hệ thống. Hư hỏng ảnh hưởng tới khả năng làm việc hiện tạivà tương lai của kết cấu. Quá trình xác định hư hỏng thường được chia thành 4 mức [1]: Pháthiện hư hỏng (xác định sự tồn tại của hư hỏng trên kết cấu), vị trí hư hỏng, loại hư hỏng, đánhgiá mức độ hư hỏng.38Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu MộtSố 1(32)-2017Một hệ thống quan trắc cầu tổng thể thường bao gồm các thành phần: (1) Hệ thống quantrắc trạng thái kết cấu (ứng suất, độ võng); (2) Hệ thống quan trắc khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm,hướng và tốc độ gió…); (3) Hệ thống giám sát hình ảnh (camera giám sát giao thông, vận hànhcầu); (4) Hệ thống quan trắc chuyển vị và biến dạng.Các thông tin dữ liệu thu thập được từ các thiết bị quan trắc và các cảm biến sẽ được ghilại bởi máy chủ lắp đặt trên cầu rồi được chuyển đến trung tâm lưu trữ bằng mạng Internet hoặcGSM (GPRS) như hình 1.So với việc thử tải cầu cũng như các phương pháp truyền thống khác thì quan trắc cầu cónhiều ưu điểm như:- Cung cấp thời gian thực trong giám sát, phân tích và liên tục nhằm phát hiện sự bấtthường trong khả năng chịu lực hoặc hư hỏng mà không làm tổn hại đến kết cấu cũng như khảnăng khai thác của cầu trong suốt thời gian vận hành của công trình.- Có thể theo dõi và ghi lại các ứng xử của kết cấu trong trường hợp đặc biệt (như bão lũ,thiên tai hoặc sự cố tai nạn nghiêm trọng) mà các phương pháp truyền thống khác không thểgiám sát được.Hình 1. Cấu trúc của hệ thống quan trắc cầu và các thiết bị đi kèm [2]1.2. Sự cần thiết của hệ thống quan trắc cầu.Việc phát hiện hư hỏng của công trình cầu trước khi có những dấu hiệu cụ thể xảy ra làmột trong những vấn đề đang thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu và kỹ sư cầu.Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các phần mềm tính toán, mô phỏng được pháttriển mạnh mẽ nhưng những kết quả tính toán lý thuyết nhận được chỉ là sự tương đối gần vớiứng xử thực tế của công trình. Trong quá trình thiết kế, việc đặt ra các giả thuyết nhằm đơngiản hóa mô hình tính toán dẫn đến bài toán phân tích và tính toán không thể phản ánh hết trạngthái hoạt động và ứng xử của công trình trong điều kiện hoạt động bình thường cũng như trongđiều kiện khai thác. Một cách khác, có sự chênh lệch khá lớn giữa mô phỏng trong thiết kế vàthực tế. Để xác định sự sai khác này, một trong những biện pháp mang lại nhiều triển vọng đểđánh giá quá trình làm việc và khai thác của các công trình cầu là lắp đặt các thiết bị quan trắctại các vị trí hợp lý của công trình cầu nhằm đo lường liên tục các tham số ảnh hưởng đến củacông trình như n ...