1. Trang Chủ
  2. Kiến trúc - Xây dựng
  3. Chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm bê tông cốt thép có gia cường tấm FRP sử dụng đáp ứng trở kháng

Chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm bê tông cốt thép có gia cường tấm FRP sử dụng đáp ứng trở kháng

Bài viết Chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm bê tông cốt thép có gia cường tấm FRP sử dụng đáp ứng trở kháng trình bày mô phỏng số được thực hiện để chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm bê tông cốt thép (BTCT) có gia cường tấm FRP (Fiber Reinforced Polymer) sử dụng đáp ứng trở kháng. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (2V): 77–90 CHẨN ĐOÁN HIỆN TƯỢNG BONG TÁCH TRONG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ GIA CƯỜNG TẤM FRP SỬ DỤNG ĐÁP ỨNG TRỞ KHÁNG Trần Ngọc Huỳnha,b,c , Trần Mạnh Hù

Thể loại Tài liệu miễn phí Kiến trúc - Xây dựng

Số trang 14

Ngày tạo 4/9/2023 2:21:09 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 4.63 M

Tên tệp

Tải Chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm bê tông c... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (2V): 77–90 CHẨN ĐOÁN HIỆN TƯỢNG BONG TÁCH TRONG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ GIA CƯỜNG TẤM FRP SỬ DỤNG ĐÁP ỨNG TRỞ KHÁNG Trần Ngọc Huỳnha,b,c , Trần Mạnh Hùnga,b,c , Hà Minh Tuấnd , Huỳnh Thanh Cảnhe,f , Lê Văn Phước Nhâna,b , Hồ Đức Duya,b,∗ a Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Bách Khoa TP.HCM, 268 Lý Thường Kiệt, quận 10, TP. HCM, Việt Nam b Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, phường Linh Trung, TP. Thủ Đức, TP. HCM, Việt Nam c CTCP Tập đoàn Xây dựng Hòa Bình, Tòa nhà Pax Sky, 123 Nguyễn Đình Chiểu, TP. HCM, Việt Nam d Khoa Xây dựng, Đại học Công nghệ TP. HCM, 475A Điện Biên Phủ, quận Bình Thạnh, TP. HCM, Việt Nam e Khoa Xây dựng, Đại học Duy Tân, 03 Quang Trung, TP. Đà Nẵng, Việt Nam f Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ cao, Đại học Duy Tân, 03 Quang Trung, TP. Đà Nẵng, Việt Nam Nhận ngày 21/7/2021, Sửa xong 10/2/2022, Chấp nhận đăng 17/2/2022 Tóm tắt Trong bài báo này, một mô phỏng số được thực hiện để chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm bê tông cốt thép (BTCT) có gia cường tấm FRP (Fiber Reinforced Polymer) sử dụng đáp ứng trở kháng. Đầu tiên, lý thuyết về đáp ứng trở kháng cơ-điện sử dụng cảm biến PZT (Lead Zirconate Titanate), chỉ số đánh giá và định vị hư hỏng RMSD (Root Mean Square Deviation) dựa vào sự thay đổi của đáp ứng trở kháng được giới thiệu. Tiếp đến, một mô hình phần tử hữu hạn (PTHH) cho dầm BTCT có gia cường tấm FRP được mô phỏng bằng phần mềm ANSYS. Độ tin cậy của mô hình PTHH được kiểm chứng bằng việc so sánh với kết quả thực nghiệm. Các trường hợp hư hỏng bong tách giữa dầm BTCT và tấm FRP tương ứng với các cấp tải trọng tác dụng khác nhau được khảo sát. Sau cùng, chỉ số đánh giá hư hỏng RMSD được tính toán nhằm cảnh báo sự xuất hiện của hiện tượng bong tách và xác định vị trí bong tách trong dầm. Kết quả từ nghiên cứu cho thấy phương pháp trở kháng có độ chính xác cao trong việc chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm BTCT có gia cường tấm FRP. Từ khoá: dầm bê tông cốt thép; FRP; hiện tượng bong tách; trở kháng; chẩn đoán kết cấu. DEBONDING DETECTION OF REINFORCED CONCRETE BEAMS STRENGTHENED WITH FRP SHEETS USING IMPEDANCE RESPONSES Abstract In this paper, a numerical simulation to detect the debonding in reinforced concrete beams with FRP (Fiber Reinforced Polymer) sheets using electro-mechanical impedance responses is developed. First, the theory of impedance responses using PZT (Lead Zirconate Titanate) sensor, damage assessment and localization index of RMSD (Root Mean Square Deviation), based on the change of impedance responses, is presented . Next, a finite element model for reinforced concrete beam with FRP sheet is simulated by using ANSYS software. Numerical results are verified by comparing with experimental ones to demonstrate the reliability. The cases of debonding in the beam corresponding to different applied load levels were examined. Finally, the debonding’s occurrence and location in the beam are detected by using the RMSD index. The results show that the impedance-based method has high accuracy in detecting the debonding in reinforced concrete beams strengthened with FRP sheets. Keywords: reinforced concrete beams; FRP; debonding; impedance; damage detection. https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2022-16(2V)-07 © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: hoducduy@hcmut.edu.vn (Duy, H. Đ.) 77
  2. Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 1. Giới thiệu Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) là loại kết cấu được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực xây dựng hiện nay. Tuy nhiên, BTCT là vật liệu dễ bị ăn mòn và xuất hiện vết nứt dẫn đến giảm khả năng chịu lực, giảm độ bền của kết cấu. Một giải pháp hiệu quả được sử dụng phổ biến để gia cường cho các công trình BTCT là sử dụng vật liệu FRP (Fiber Reinforced Polymer). Với những đặc tính nổi trội như: khả năng chịu va đập và chịu kéo tốt, trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn cao, tính toán và kiểm tra đơn giản; vật liệu FRP ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực gia cố công trình xây dựng. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu FRP lại tiềm ẩn rủi ro cần được quan tâm là sự mất liên kết, bong tách giữa tấm FRP và bề mặt cấu kiện bê tông. Do đó, các kết cấu BTCT được gia cường bằng tấm FRP cần được theo dõi, chẩn đoán thường xuyên để kịp thời phát hiện các hư hỏng và đưa ra giải pháp xử lý. Sự ra đời của các vật liệu thông minh như vật liệu áp điện PZT (Lead Zirconate Titanate) đã hỗ trợ cho cuộc cách mạng trong lĩnh vực theo dõi và chẩn đoán sức khỏe kết cấu dựa trên các phương pháp không phá hủy. Năm 1994, Liang và cộng sự đã đề xuất phương pháp trở kháng cho việc chẩn đoán hư hỏng trong kết cấu [1]. Tiếp theo sau đó, phương pháp trở kháng đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công trên rất nhiều loại kết cấu khác nhau. Ở nước ngoài, việc sử dụng phương pháp trở kháng để chẩn đoán hư hỏng đã được nghiên cứu đối với nhiều loại kết cấu như: chẩn đoán hư hỏng kết cấu dàn [2], phát hiện vết nứt trong kết cấu tấm nhôm mỏng [3], chẩn đoán bong tách trong mẫu bê tông gia cường FRP [4], phát hiện hư hỏng trong kết cấu dầm nhôm [5], phát hiện hư hỏng trượt giữa các vật liệu trong kết cấu liên hợp thép – bê tông [6], chẩn đoán nứt trong dầm bê tông cốt thanh FRP [7]. Tại Việt Nam, một số nghiên cứu gần đây đã ứng dụng phương pháp trở kháng để chẩn đoán hư hỏng trong các kết cấu như: phát hiện vết nứt trong mẫu dầm nhôm [8], chẩn đoán hư hỏng cho dầm BTCT có gia cường tấm FRP [9], chẩn đoán hư hỏng vùng neo kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước [10]. Việc sử dụng tấm FRP gia cường cho kết cấu dầm BTCT đang được sử dụng rất phổ biến. Đối với loại kết cấu này, hư hỏng bong tách giữa tấm FRP và dầm BTCT là một mục tiêu quan trọng cần được theo dõi và chẩn đoán nhằm đảm bảo độ an toàn cho kết cấu. Do vậy, mục tiêu của bài báo này là giới thiệu phương pháp chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm BTCT có gia cường tấm FRP sử dụng đáp ứng trở kháng. Trước tiên, cơ sở lý thuyết về phương pháp trở kháng, chỉ số đánh giá hư hỏng và phương pháp xác định vị trí của hiện tượng bong tách dựa vào sự thay đổi của đáp ứng trở kháng được giới thiệu. Tiếp đến, một mô hình phần tử hữu hạn của dầm BTCT có gia cường tấm FRP được mô phỏng bằng phần mềm ANSYS. Độ tin cậy của kết quả mô phỏng được kiểm chứng với kết quả thực nghiệm thông qua việc so sánh biểu đồ tải trọng-chuyển vị của dầm. Sau cùng, chỉ số đánh giá hư hỏng RMSD (Root Mean Square Deviation) được tính toán để xác định sự xuất hiện và vị trí xảy ra hư hỏng bong tách trong dầm. 2. Phương pháp trở kháng 2.1. Đáp ứng trở kháng cơ – điện Với ưu điểm là giá thành thấp, hình dạng kích thước đa dạng, trọng lượng nhẹ, vật liệu áp điện PZT đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực theo dõi và chẩn đoán sức khỏe kết cấu (Structural Health Monitoring: SHM) [11]. PZT là vật liệu áp điện có thể chuyển đổi năng lượng điện và năng lượng cơ qua lại với nhau nên vừa có thể sử dụng như cảm biến để ghi nhận biến dạng trên kết cấu, vừa có thể là thiết bị truyền động để kích thích kết cấu. Sự tương tác cơ-điện giữa cảm biến PZT và kết cấu được thể hiện như trên Hình 1. Theo đó, kết cấu được mô tả bằng các đặc trưng như khối lượng 78
  3. 90 thể sử dụng như cảm biến để ghi nhận biến dạng trên kết cấu, vừa có thể là thiết bị truyền 91 động để kích thích kết cấu. Sự tương tác cơ-điện giữa cảm biến PZT và kết cấu được thể 92 hiện như trên Hình 1. Theo đó, kết cấu được mô tả bằng các đặc trưng như khối lượng 93 (m), độ cứng (k), hệ Huỳnh, số cảnT. (c) vàcs.điều N., và / Tạp kiện biên chí Khoa học(BC) tương Công nghệ Xây ứng. dựng Trong khi đó, cảm biến 94 (m), độ PZT cứng thì (k),được hệ sốmiêu tả như cản (c) mộtkiện và điều mạch điện biên vớitương (BC) hiệu điện ứng. thế điều Trong khihòa V ) và đó, (cảm cường biến PZT thì độ miêu 95 được như (một dòngtảđiện I ) .mạch Một điện điệnvới áp hiệu kíchđiện thíchthếtác động điều hòađến (V) tấm PZT;độdòng và cường dòngđiện điệnkích thíchđiện (I). Một 96 áp kích thích tác động đến tấm PZT; dòng điện kích thích từ nguồn qua PZT tác dụng từ nguồn qua PZT tác dụng lên kết cấu và phản ứng lại dưới dạng tín hiệu điện; tín hiệu lên kết cấu và phản ứng lại dưới dạng tín hiệu điện; tín hiệu điện này được xử lý quy đổi thành tín hiệu trở kháng. 97 điện này được xử lý quy đổi thành tín hiệu trở kháng. 98 99 HìnhHình 1. Mô hình 1. Mô tương hình tươngtác tác cơ-điện giữaPZT cơ-điện giữa PZT và cấu và kết kết cấu 100 Đáp Đáp ứngkháng ứng trở trở kháng cơ -của cơ - điện điệnhệcủa Z (ω) 𝑍(một hệ là w) là hàmmộtsốhàm số kết kết hợp hợp giữa trởgiữa khángtrởcơkháng cơcấu của kết củavà 101 Z s (ω) kếttrởcấu Z s (w kháng ) vàcủa điện trởcảm kháng biếnđiện PZT của cảm Za (ω) biến được diễnPZT Z a (w tả bằng ) được công thức diễn tả bằng công sau [1]: 102 thức sau [1]: V(ω) wa la T 1 !!−1 Z(ω) = = iω ε33 − 2 E d31 Y11 (1) 103 I(ω) ta Za (ω)/Z s (ω) + 1 E = (1 + iη) Y E là mô đun đàn hồi của PZT khi điện trường bằng -1 trong đó: Y11 V(w ) 11 æ wala æ T ö ö 0; εT33 = (1 − iδ) εT33 là 1 104 hằng số điện Z (wdung ) = của PZT w ứng suất = çç ikhi ç e 33bằng - 0; d31 là hằng số ápd31 2 Y11Ecủa điện ÷ ÷÷ PZT khi ứng suất bằng (1) 0; I w) wa , la , ta lần lượt là (chiều t èrộng, chiều Z a è dài và chiềua (w ) / Z dày của s (w ) + 1 cảm biến PZT; ø øη và δ lần lượt là hệ số mất mát cản và hệ số mất mát điện môi của PZT. 105 trong đó: Y Trở kháng cơ E = (1kết 11 của h ) YZ11Es (ω)làlà mô + icấu tỷ sốđun giữađànlực từhồi PZT của PZTtốckhi và vận củađiện trường kết cấu bằng tại vị trí gắn 0; PZT. Trong đó, trở kháng cơ của kết cấu là hàm của khối lượng m, độ cứng k và cản c, thể hiện như sau: 106 e 33T = (1 - id ) e 33T là hằng số điện dung của PZT khi ứng suất bằng 0; d 31 là hằng số áp k Z s (ω) = mω 3j+c− ωj (2) Như đã mô tả ở trên, trở kháng cơ-điện có quan hệ trực tiếp với trở kháng cơ của kết cấu Z s (ω). Khi kết cấu xuất hiện hư hỏng, trở kháng cơ của kết cấu Z s (ω) sẽ thay đổi và làm thay đổi trở kháng cơ-điện Z(ω). Trở kháng cơ-điện Z(ω) là hàm số phức được diễn tả như công thức (3). V (ω) Z (ω) = = Re {Z (ω)} + jIm {Z (ω)} (3) I (ω) trong đó V (ω) là hiệu điện thế đầu vào cho cảm biến PZT; I (ω) là cường độ dòng điện đầu vào cho cảm biến PZT; Re {Z (ω)} , Im {Z (ω)} lần lượt là phần thực và phần ảo của đáp ứng trở kháng. Phần thực của trở kháng cơ-điện có độ nhạy với hư hỏng trong kết cấu cao hơn so với phần ảo [12], nên phần thực của đáp ứng trở kháng thường được sử dụng trong lĩnh vực SHM. 2.2. Chỉ số đánh giá hư hỏng RMSD Chỉ số đánh giá hư hỏng là một đại lượng vô hướng, là kết quả của việc xử lý và so sánh các đáp ứng trở kháng. Chỉ số đánh giá hư hỏng thể hiện sự khác biệt giữa các đáp ứng trở kháng của hai trạng thái khác nhau khi không có và khi có hư hỏng xảy ra. Trong nghiên cứu này, chỉ số RMSD (Root 79
  4. Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Mean Square Deviation) [13] được sử dụng để đánh giá sự xuất hiện của hiện tượng bong tách trong dầm. v 2 u u u u n ∗ (ω ) − Z(ω )] P [Z u u u u u i i t i=1 RMS D = u 2 (4) Pn [Z(ωi ))] i=1 ∗ trong đó Z(ωi ) và Z (ωi ) là đáp ứng trở kháng của trạng thái trước và trạng thái sau khi xảy ra bong tách tại tần số thứ i; n là số điểm tần số trong miền khảo sát. Trong điều kiện bỏ qua hiện tượng nhiễu của tín hiệu, nếuTạpgiá chí Khoa học Cônglớn trị RMSD nghệhơn Xây dựng, khôngNUCE thì2021 có xuất hiện bong tách FRP trong dầm và ngược lại nếu giá trị bằng không thì không xuất hiện bong tách FRP trong dầm. 134 hiện bong tách FRP trong dầm và ngược lại nếu giá trị bằng không thì không xuất hiện 2.3. Định135 vị hưbong hỏng bằng tách FRP chỉ trongsốdầm. RMSD chuẩn hóa 2.3.báo 136cảnh Sau khi Địnhsựvị hư hỏng xuất bằngcủa hiện chỉ số hiệnRMSD tượngchuẩnbong hóa tách, việc xác định vị trí bong tách là cần thiết. Đáp ứng 137trở khángSau củakhiPZT cảnhởbáogần sự vị xuấttríhiện xuấtcủahiện hiệnbong tượng tách bong sẽ thay tách, việcđổi xác nhiều định vịhơn so với các PZT ở trí bong tách bong 138 hiện xa vị trí xuất là cần thiết. tách.Đáp Trongứng nghiên trở khángcứu của PZT này,ởmột gần vị chỉtrísố xuất hiệntrên dựa bongphân tách sẽ thaychuẩn phối đổi của các giá 139 nhiều hơn so với các PZT ở xa vị trí xuất hiện bong tách. Trong nghiên trị ngẫu nhiên được kiến nghị để chẩn đoán vị trí của hiện tượng bong tách trong dầm. Giả thuyết xem cứu này, một toàn bộ chỉ chỉ số giá 140số đánh dựa trên phân phối hư hỏng X j (Xchuẩn của các giá trị ngẫu nhiên được kiến nghị để chẩn đoán j , j = 1 ÷ n) của các PZT ở cùng một trạng thái hư hỏng là các giá trị ngẫu nhiên với phân phối chuẩn, ta có: dầm. Giả thuyết xem toàn bộ chỉ số đánh giá hư 141 vị trí của hiện tượng bong tách trong 142 hỏng Xj (Xj, j=1÷n) của các PZT ở cùng một trạng thái hư hỏng là các giá trị ngẫu nhiên 143 với phân phối chuẩn, ta có: h i Xj − µ Xj X j - µ éë X j ùû Z Xj = h i (5) 144 Zj = X σ Xj (5) s éX j ù ë û h i h i µ X j Trong trong đó: 145 là giá trị trung bình của tập hợp X; σ X jX; là đó: µ éë X j ùû là giá trị trung bình của tập hợp s éëđộ X jlệch chuẩn ùû là độ của tập lệch chuẩn hợp X. Giá trị Z Xj của tập sẽ được so sánh với giá trị Z0XX là hệ số tin cậy thống kêXphụ thuộc vào độ tin cậy của tập hợp dữ liệu 146 hợp X. Giá trị Z j sẽ được so sánh với giá trị Z 0 là hệ số tin cậy thống kê phụ thuộc thống kê (được tra từ bảng tích phân Laplace). Khi một vị trí có Z Xj > Z0X thì vị trí đó có xảy ra hiện 147 vào độ tin cậy của tập hợp dữ liệu thống kê (được tra từ bảng tích phân Laplace). Khi tượng bong tách, ngược lại Xthì không có xảy ra hiện tượng bong tách trong dầm. 148 một vị trí có Z j > Z 0 thì vị trí đó có xảy ra hiện tượng bong tách, ngược lại thì không X 149 có xảy ra hiện tượng bong tách trong dầm. 3. Mô phỏng số dầm BTCT có gia cường tấm FRP 150 3. Mô phỏng số dầm BTCT có gia cường tấm FRP Một dầm 151 BTCT Mộtcódầm BTCT kích có kích thước thước 150×300×1960 150×300×1960 mm, mm, đượcđược giagia cườngtấm cường tấm FRP FRP dándánở ở mặt dưới có kích thước 50×1,2×1040 mm. Chi tiết về kích thước, điều kiện biên, vị trí gia tải, cốttríthép trong dầm 152 mặt dưới có kích thước 50×1,2×1040 mm. Chi tiết về kích thước, điều kiện biên, vị gia tải, 153 trên được thể hiện Hình cốt thép trong dầm 2. Trong thựcđược thể hiện nghiệm trêndầm [14], Hình được 2. Trong giathực tảinghiệm [14],cho từ không dầmđến đượckhi bị phá hoại. Để chẩn đoán hiện tượng bong tách trong dầm khi chịu tải, 5 cảm biến PZT kích dầm 154 gia tải từ không cho đến khi bị phá hoại. Để chẩn đoán hiện tượng bong tách trong thước 50×50×0,5 155 khi chịu tải, 5 cảm biến PZT kích thước 50×50×0,5 mm (PZT1, PZT2, PZT3, PZT2’, mm (PZT1, PZT2, PZT3, PZT2’, PZT1’), thuộc loại PZT-5A, được dán vào tấm FRP với vị trí cách 156 PZT1’), thuộc loại PZT-5A, được dán vào tấm FRP với vị trí cách nhau 260 mm như nhau 260 mm như trên Hình 3. Các thông số về vật liệu của dầm và của PZT được liệt kê chi tiết trong 157 trên Hình 3. Các thông số về vật liệu của dầm và của PZT được liệt kê chi tiết trong Bảng 1 và158 BảngBảng 2. 1 và Bảng 2. 159 160 Hình Hình 2. Sơ 2. Sơ đồđồ thíthínghiệm nghiệmdầm dầm BTCT BTCT gia giacường cườngtấm FRP tấm [14] FRP [14] 5 80
  5. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 161 Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 162 163 Hình 3. Vị trí cảm biến PZT Hình 3. Vị trí cảm biến PZT 164 165 Bảng 1. 1. Bảng ĐặcĐặctrưng trưngvật vậtliệu liệu của của dầm BTCTgia dầm BTCT giacường cườngtấm tấmFRP FRP [14] [14] Đặc trưng Bê tông Cốt thép Tấm FRP Keo Epoxy Đặc trưng Bê tông Cốt thép Tấm FRP Keo Epoxy Mô đun đàn hồi (N/m2) 24,2×109 210×109 165×109 9 2,5×109 Mô đun đàn hồi (N/m2 ) 24,2×109 210×109 165×10 2,5×109 3) Khối lượng Khối lượng riêng 3(kg/m riêng (kg/m ) 24002400 7850 15001500 1100 1100 Hệ số Poisson 0,2 0,3 - - Hệ số Poisson 0,2 0,3 - - Cường độ chịu nén (MPa) 30 - - - CườngCường độkéo độ chịu chịu(MPa) nén (MPa) - 30 -- - 1300 - 60 GiớiCường hạn chảy (MPa) độ chịu kéo (MPa) - - 390 - 1300 - 60 - Giới hạn chảy (MPa) - vật liệu390 Bảng 2. Đặc trưng - của PZT-5A [15] - 166 Đặc trưng Giá trị    16,4 −5,74 −7,22 0 0 0    −5,74 16,4 −7,22 0 0 0    −7,22 −7,22 18,8 0 0 0   Biến dạng đàn hồi siEjkl (m2 /N)   0  × 10−12  0 0 47,5 0 0   0 0 0 0 47,5 0     0 0 0 0 0 44,3    0 0 −171    0 0 −171    0 0 374   Hằng số ghép nối điện môi dki j (C/N)   0 584  × 10−12  0   584 0 0    0 0 0    1730 0 0    Hằng số điện môi εTjk (F/m)  0 1730 0  × 8,854 × 10−12    0 0 1700 Khối lượng riêng ρ (kg/m3 ) 7750 Hệ số cản η 0,005 Hệ số mất điện môi δ 6 0,015 Phần mềm ANSYS APDL, vừa có tính năng mô phỏng kết cấu BTCT dưới tác dụng của tải trọng và vừa có tính năng mô phỏng trở kháng cơ-điện, được sử dụng để thiết lập mô hình phần tử hữu hạn 81
  6. 188 nghiệm [14]. Như thể hiện trên Hình 6 và tổng hợp trong Bảng 4, kết quả tải trọng và Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 189 chuyển vị rất phù hợp với kết quả thực nghiệm đã được công bố [14]. Về hình dạng, 190 biểu đồ thể 182 hiện quan Từ mô hệ hìnhgiữa phần tải trọng tử hữu và quả hạn, kết chuyển tải trọngvịvàcó sự khác chuyển vị tương biệt ứngso củavới dầmkết quả thực 191 nghiệm. Tuy nhiên, độ chênh lệch kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệmkhi 183 được phân tích. Tiến hành gia tải từ từ lên dầm BTCT có gia cường FRP cho đến là không đáng 184 dầm bị phá hủy. Tại T. Huỳnh, thời N.,điểm và cs.phá hủy, / Tạp chíứng suất Khoa họckéo trong Công bê tông, nghệ cốt thép, ứng suất Xây dựng 192 kể, 0,7%185đối cắt vớitrong giákeotrịvượt tảiquá trọng cực các giá hạnhạnvà trị giới 1,2% tương ứng. đối vớikéo Ứng suất giátrong trị FRP chuyển vẫn chưavị tương ứng. cho dầm BTCT có gia cường FRP. Hình 4 thể hiện mô hình dầm trong ANSYS. Vật liệu bê tông được 193 Điều này186chứngvượt tỏ giá rằng trị giới mô hình hạn. Tại thời phần điểm này, tửtấmhữuFRPhạn chotách bị bong dầm BTCT ra khỏi dầm BTCT gia (Hình cường tấm FRP mô hình 187 bằng 5). phần tử khối đặc 8 nút, SOLID65, có khả năng bị nén vỡ. Vật liệu cốt thép được mô Trạng thái phá hoại của dầm trong mô phỏng phù hợp với trạng thái phá hoại của thí 194 có độbằng hình tin188 cậy cao. phầnnghiệm tử thanh [14].2Nhưnút,thểLINK180, chịu6 kéo hiện trên Hình hoặc và tổng hợpnén. trongTấm BảngFRP4, kếtvàquả lớptảikeo trọngliên và kết được mô hình bằng 189phần tử khối chuyển đặc vị rất 8 hợp phù nút,vớiSOLID185, kết quả thựccónghiệm cấu trúc mộtcông đã được hoặcbốnhiều lớp.hình [14]. Về Cảm biến PZT được dạng, mô hình 190 bằng phần biểu đồtửthểcơ-điện hiện quan8 nút, hệ giữaSOLID5. tải trọng Liên kết giữa và chuyển bêkhác vị có sự tôngbiệtvàsocốt vớithép, giữa kết quả thựcbê tông và lớp keo, giữa191 lớp keo và tấm nghiệm. FRP được Tuy nhiên, độ chênhgiảlệch định kết là quảtuyệt đốiphỏng giữa mô trongvàmô thựchình ANSYS. nghiệm là khôngTọa đángđộ các nút và phần tử sẽ đượckể,tạo 192 0,7% đối vớiứng ra tương giá trị vớitảikích trọngthước cực hạn và 1,2% hình học. đối Phầnvớitử giáLINK180 trị chuyển vịcủatương ứng. được kết nối cốt thép 193củaĐiều với các nút phầnnày tửchứng khối bêtỏ rằng tôngmô hình phần liền SOLID65 tử hữu kề.hạn cho tiếp Cách dầm cận BTCT gia cường tương tự cũngtấm được FRP áp dụng cho 194 có độ tin cậy cao. vật liệu FRP và keo Epoxy. Mô hình được mô phỏng với 29844 nút và 25860 phần tử. 195 196 Dầm BTCT Tấm FRP 197 195 196 Dầm BTCT Tấm FRP 197 198 198 199 199 200 200 5 PZT 5 PZT 201 Hình 4. Mô hình dầm BTCT gia cường tấm FRP có gắn 5 cảm biến PZT Hình 4. Mô hình dầm BTCT gia cường tấm FRP có gắn 5 cảm biến PZT 201 Hình 202 4. Mô hình dầm BTCT gia cường tấm FRP có gắn 5 cảm biến PZT 202 203 204 205 Hình 5. Trạng thái phá hoại dầm BTCT gia cường tấm FRP trong thực nghiệm [14] 8 203 204 Hình 5. Trạng thái phá hoại dầm BTCT gia cường tấm FRP trong thực nghiệm [14] 205 Hình 5. Trạng thái phá hoại dầm BTCT gia cường tấm FRP trong thực nghiệm [14] Từ mô hình phần tử hữu hạn, kết quả tải trọng8 và chuyển vị tương ứng của dầm được phân tích. Tiến hành gia tải từ từ lên dầm BTCT có gia cường FRP cho đến khi dầm bị phá hủy. Tại thời điểm phá hủy, ứng suất kéo trong bê tông, cốt thép, ứng suất cắt trong keo vượt quá các giá trị giới hạn tương ứng. Ứng suất kéo trong FRP vẫn chưa vượt giá trị giới hạn. Tại thời điểm này, tấm FRP bị bong tách ra khỏi dầm BTCT (Hình 5). Trạng thái phá hoại của dầm trong mô phỏng phù hợp với trạng thái phá hoại của thí nghiệm [14]. Như thể hiện trên Hình 6 và tổng hợp trong Bảng 3, kết quả tải trọng và chuyển vị rất phù hợp với kết quả thực nghiệm đã được công bố [14]. Về hình dạng, biểu đồ thể hiện quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị có sự khác biệt so với kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, độ chênh lệch kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm là không đáng kể, 0,7% đối với giá trị tải trọng cực hạn 82
  7. Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng và 1,2% đối với giá trị chuyển vị tương ứng. Điều này chứng tỏ rằng mô hình phần tử hữu hạn cho dầm BTCT gia cường tấm FRP có độ tin cậy cao. Bảng 3. So sánh kết quả tải trọng cực hạn và chuyển vị tương ứng giữa mô phỏng và thực nghiệm cho dầm BTCT gia cường tấm FRP Thông số Thực nghiệm Mô phỏng số Độ chênh lệch Tải trọng cực hạn 142 kN Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 143 kN 0,7% Chuyển vị tương ứng 5,75 mm 5,82 mm 1,2% 150 120 90 Mô phỏng Tải trọng (kN) Thực nghiệm 60 30 0 0 1 2 3 4 5 6 7 206 Chuyển vị (mm) 207 Hình6.6.Biểu Hình Biểuđồ đồ quan quan hệ hệ tải tải trọng-chuyển trọng-chuyểnvịvịcủa củadầm dầmBTCT BTCTgiagia cường tấmtấm cường FRP FRP 208 Trong 209 nghiên Bảng cứu 4. Sonày, sánhsự kếtbong quả tảitách trọnggiữa cực tấm FRP hạn và và bề chuyển mặt bê vị tương ứngtông giữađược xác định mô phỏng và dựa vào giá trị ứng210 suất tiếp tại vị trí lớp keo. Khi giácho thực nghiệm trị dầm ứngBTCT suất tiếp trong tấm gia cường lớp FRP keo liên kết giữa tấm FRP và dầm BTCT vượt quá giá trị ứng suất tiếp giới hạn τmax thì sẽ gây ra sự bong tách. Giá trị ứng suất tiếp giới Thông số Thực nghiệm Mô phỏng số Độ chênh lệch hạn được xác định như sau [16]: Tải trọng cực hạn 142 kN v u 143 kN ! 0,7% u u u b f 2,25mm− u Chuyển vị tương ứng 5,75 mm 5,82 1,2% u u bc u u τmax = βw fct ; βw = u (6) t ! 211 bf 1,25 + 212 Trong nghiên cứu này, sự bong tách giữa tấm FRP và b bềc mặt bê tông được xác 213 định dựa vào giá trị ứng suất tiếp tại vị trí lớp keo. Khi giá trị ứng suất tiếp trong lớp trong đó: b f là chiều rộng tấm FRP, bc là chiều rộng phần bê tông, fct là cường độ chịu kéo của bê 214 keo liên kết giữa tấm FRP và dầm BTCT vượt quá giá trị ứng suất tiếp giới hạn t thì tông. Đối với dầm BTCT có gia cường tấm FRP đang khảo sát, giá trị ứng ứng suấtmaxtiếp giới hạn được 215 xác định là τsẽmax gây ra sự bong tách. Giá trị ứng suất tiếp giới hạn được xác định như sau [16]: = 3 MPa. Phân tích ứng xử của lớp keo liên æ kết giữa b ö tấm FRP với dầm BTCT, phá hủy của lớp keo bắt đầu 2, 25 - f ÷ xảy ra tại một số vị trí cục bộ trongçè dầm tại bc thời ø điểm tải trọng tác dụng là 29 kN. Giá trị ứng suất 216 t max = b w f ct ; b w = (6) tiếp tại các điểm này là 3,7 MPa, vượt æ quá bf ö ứng suất tiếp giới hạn τmax = 3 MPa. Trong nghiên cứu 1, 25 + này, đáp ứng trở kháng của ba trườngçè hợp bong ÷ bc ø tách giữa tấm FRP và bề mặt bê tông với mức độ tăng dần theo cấp tải được sử dụng để phân tích và đánh giá hiệu quả của phương pháp chẩn đoán đề xuất. Trường217hợp Trong T1, tạiđó: bf là chiều rộng tấm FRP, bc là chiều rộng phần bê tông, fct là cường độ chịu thời điểm tải trọng là 29 kN, dầm bắt đầu xuất hiện sự bong tách giữa tấm FRP và 218 kéo của bê tông. Đối với dầm BTCT có gia cường tấm FRP đang khảo sát, giá trị ứng bề mặt bê tông như thể hiện trên Hình 7(a). Vị trí bong tách tại điểm A và A’ đối xứng nhau qua vị 219 ứng suất tiếp giới hạn được xác định là t max = 3 MPa. trí giữa nhịp, cách mép tấm FRP là 155 mm (Hình 8). Vết bong tách có dạng hình chữ nhật với kích thước 220 là 5×10 mm. Phân Trường tích ứng hợp xử của T2,lớptạikeo liênđiểm thời kết giữa tải tấm FRP trọng là với 35 dầm kN, BTCT, phátách sự bong hủy giữa của tấm FRP và 221 lớp keo bắt đầu xảy ra tại một số vị trí cục bộ trong dầm tại thời điểm tải trọng tác dụng 83 9
  8. 228227 quamặtvị trí bê giữa nhịp,thể tông như cách hiệnméptrêntấmHìnhFRP 7a. là Vị155 mm tách trí bong (Hình tại8). VếtAbong điểm và A’tách đối có dạng xứng nhauhình 229228 chữqua nhật vị trí giữa nhịp, cách mép tấm FRP là 155 mm (Hình 8). Vết bong tách có dạng hìnhkN, với kích thước là 5×10 mm. Trường hợp T2, tại thời điểm tải trọng là 35 230229 sự chữ bongnhậttáchvới giữa kíchtấm FRPlàvà thước 5×10dầmmm. BTCT như thể Trường hợphiệnT2, tạitrênthời Hìnhđiểm7b.tảiXuất trọng hiện tiếpkN, là 35 theo 231230 sausựvịbong trí bong tách tấm tách giữa A và FRPA’,vàvịdầm trí bong BTCTtách nhưtạithểđiểm B vàHình hiện trên B’ đối 7b. xứng Xuất hiệnnhautiếp quatheovị trí 232231 giữasaunhịp, vị trícách bongmép tách tấm Huỳnh, A T.vàFRP làcs.trí A’,vàvị N., 85/ bong mmchí Tạp (Hình táchKhoatại8). Vết điểm học Bbong Công B’tách vànghệ Xâycó đối dạng xứng dựng nhau hình quachữ nhật vị trí 233232 kíchgiữathước nhịp,50×10 cách mép mm.tấm Trường FRP làhợp 85 mm T3, (Hình tại thời 8).điểm tải trọng Vết bong tách cólà dạng 38 kN, hìnhsựchữ bong nhậttách dầm234BTCT 233 giữanhư kích thể tấmthước hiện FRP vàtrên 50×10 dầm Hình mm. 7(b). Trường BTCT nhưhợpXuất thểT3, hiện tiếpHình tại trên hiện thời theotải điểm sau 7c. trọngvị trí Xuất bong làhiện 38 tiếptách kN, sự Asau bong theo và táchA’,trívị trí bong vị tách235 tại234 điểm bong Btách giữa vàtấmB’ đối A,FRP A’ và xứng và dầm B, nhau BTCT B’, qua vị trí như bong vịthể trí giữa hiện tách nhịp, tạitrên điểm HìnhCcách mép 7c.C’Xuất và tấm tiếp hiện đối xứng FRP nhau là theo qua85 vịmm sau vị (Hình 8). Vết trí trí giữa bong tách có dạng bong 236235 nhịp, hình ở tách chữ vị tríA,mép A’ và nhật tấmB,FRP kích B’, vị(Hìnhthước trí bong 50×10 8).tách Vếttạibongmm. điểmtách Trường C vàcóC’dạng hợp đối xứng T3, hình nhautại thời điểm qua vịkích chữ nhật thướctrọng là 38 trí giữatải kN, 237 sự236bong táchmm. nhịp, 50×10 giữa ở vị Sựtấm trí mép phátFRP tấm và triểnFRP dầm của (Hình hiệnBTCT như 8). Vết tượng thểtách bong bong hiệntrong tách cótrên dạng Hình dầm hình 7(c). BTCT Xuất chữ nhật có gia hiện kích tiếp thước cường tấmtheo sau vị trí bong237tách50×10 A, A’ mm. và SựB’, B, phát vị triển trí của hiện bong tách tượng tại bong C điểm táchvà trong C’ dầmxứng đối BTCT có gia nhau qua cường vị trítấm giữa nhịp, ở vị 238 FRP tương ứng với từng cấp tải trọng được tổng hợp trong Bảng 5 và thể hiện trên Hình trí mép238 FRP tương tấm FRP (Hìnhứng 8).với Vếttừng bong cấptách tải trọng có dạngđược hình tổng hợpchữtrong nhậtBảng kích5thước và thể 50×10 hiện trênmm. HìnhSự phát triển 239 8. của hiện239tượng8. bong tách trong dầm BTCT có gia cường tấm FRP tương ứng với từng cấp tải trọng được240tổng hợp trong Bảng 4 và thể hiện trên Hình 8. 240 241241 242242 243243 (a) (a)(a)Trường Trường hợp Trườnghợp T1, hợpT1, ứng T1,ứng suất tiếp ứng suất tiếp tại tiếptại cấp tạicấp tải cấptải tải29 2929kN kNkN 244 244 245 245 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 246 (b) Trường hợp T2, ứng suất tiếp tại cấp tải 35 kN 246 (b)(b) Trường Trườnghợp hợpT2, T2,ứng suất tiếp ứng suất tiếptạitạicấp cấptảitải 3535 kNkN 10 10 247 248 249 (c) (c) Trường Trường hợpT3, hợp T3,ứng ứng suất suất tiếp tiếptạitạicấp cấptảitải 3838 kNkN Ghi 250chú:Ghi Thước chú:đoThước 1 đơn đo vị ứng vớivị5 ứng 1 đơn mm.với MX, MN là 5 mm. vị trí MX, MN cólàgiávịtrị tríứng suấttrịcắt có giá ứnglớnsuất nhấtcắt trong lớn mô hình 251 nhất trong mô hình. Hình 7. Biểu đồ ứng suất tiếp trong keo 252 Hình 7. Biểu đồ ứng suất tiếp trong keo Bảng 4. Các trường hợp bong tách trong dầm BTCT có gia cường tấm FRP 253 Bảng 5. Các trường hợp bong tách trong dầm BTCT có gia cường tấm FRP Trường Trường hợp bonghợp táchbongT0 tách T0 T1 T1 T2 T2 T3 T3 Tải trọng (kN) 0-28 290-28 (τ ≥ 3,7 MPa) 29 35 (τ ≥ 3,735 MPa) 38 (τ ≥ 38 3,8 MPa) TảiA’trọng (kN) A, 0 5×10 mm 5×10 mm 5×10 mm ( t ³ 3.7MPa) (t ³ 3.7MPa) (t ³ 3.8MPa) B, B’ 0 0 50×10 mm 50×10 mm C, C’ A, A’ 0 0 0 5×10 mm 5×10 0 mm 5×10 mm 50×10 mm B, B’ 0 0 50×10 mm 50×10 mm 84 C, C’ 0 0 0 50×10 mm
  9. A, A’ 0 5×10 mm 5×10 mm 5×10 mm B, B’ 0 0 50×10 mm 50×10 mm C, C’ 0 0 0 50×10 mm Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 254 255 Hình Hình 8. 8. CácCác trườnghợp trường hợpbong bongtách tách trong trong dầm dầmBTCT BTCTcócógiagia cường tấmtấm cường FRP FRP 256 Trong nghiên cứu này, 5 cảm biến PZT loại PZT-5A được mô phỏng trong mô Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 257 hình dầm BTCT có gia cường tấm FRP. Từ đó, đáp ứng trở kháng cho 3 trường hợp hư Trong 258 nghiên cứu này, 5 cảm biến PZT loại PZT-5A được mô phỏng trong mô hình dầm BTCT có hỏng bong tách được khảo sát trong miền tần số từ 10 - 100 kHz (Hình 9). Trong đó, gia cường 259tấm FRP. 264 trường Từ T0) có hợp đó, đáp T0 tương sự khác ứng ứng trở biệt đáng với kháng kể. trạng PZT1thái chochưa và PZT1’ 3 trường xuất ở gần hợp hiện vị hiện hưhỏng hỏng trí hưtượng bong bong tách hơn so tách vớitrong được các dầm; PZT khảo sát trong miền tần260 số từtrường 265 10lại, còn - hợp 100 kHz nênT1, sự T2,(Hình khác T3 biệt về9). tương Trong ứng đáp vớitrở ứng đó, trạng trường tháiởcủa kháng hợp 3 trường trường T0T0 hợp tương hợp T3ứng vàbong táchvới càng trạng tại hiện thể các rõ thái chưa xuất cấp hiện hiện 261tượng 266 tải bong trọng ràng. tách khác Đặc trong biệt,nhau. điều Khi dầm; này xuất trường hiện rõ thể hiện hợp sựởbong T1, một tách T2, trongtần số miền T3 dầm, tương ứng vị trí60-70 số như với và độkHz, trạng lớn của 75-85 đỉnh của 3 trường thái cáckHz, hợp bong262tách 267 trở tại 85-95các kháng cấp cóNhư kHz. tải trọng thayvậy, đổi.sự Bên khác cạnh xuất nhau. đó,của hiện Khi khihiện xuất hư hỏng tượngbong hiện bongtách sự bong táchgiữa FRPdầm tách trongBTCTtrong dầm, FRPvị trí và độ lớn và tấmđược dầm BTCT 268 càng 263 cảnh lớn báothì dựađáp vàoứng sự trở thaykháng thuđáp đổi của được ứngsotrở vớikháng. đáp ứng trở kháng ban đầu (trường hợp 2.5 11 2.5 T0 (PZT1) T0 (PZT1') Trở kháng (Ohm) Trở kháng (Ohm) 2.0 T1 (PZT1) 2.0 T1 (PZT1') T2 (PZT1) T2 (PZT1') 1.5 T3 (PZT1) 1.5 T3 (PZT1') 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 269 Tần số (kHz) Tần số (kHz) 1.5 1.5 T0 (PZT2) T0 (PZT2') Trở kháng (Ohm) Trở kháng (Ohm) T1 (PZT2) T1 (PZT2') T2 (PZT2) 1.0 T2 (PZT2') 1.0 T3 (PZT2) T3 (PZT2') 0.5 0.5 0.0 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 270 Tần số (kHz) Tần số (kHz) 2.0 T0 (PZT3) Trở kháng (Ohm) T1 (PZT3) 1.5 T2 (PZT3) T3 (PZT3) 1.0 0.5 0.0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 271 Tần số (kHz) 272 Hình Hình 9. Đáp 9. Đáp ứngtrở ứng trởkháng khángcủa của 55 PZT PZT tương tươngứng ứngvới vớicác cáctrường hợphợp trường khảo sát sát khảo 12 85
  10. Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng của các đỉnh trở kháng có thay đổi. Bên cạnh đó, khi hư hỏng bong tách giữa dầm BTCT và tấm FRP càng lớn thì đáp ứng trở kháng thu được so với đáp ứng trở kháng ban đầu (trường hợp T0) có sự khác biệt đáng kể. PZT1 và PZT1’ ở gần vị trí hư hỏng hơn so với các PZT còn lại, nên sự khác biệt về đáp ứng trở kháng ở trường hợp T0 và T3 càng thể hiện rõ ràng. Đặc biệt, điều này thể hiện rõ ở một số miền tần số như 60-70 Tạp chí kHz, Khoa học Công75-85 kHz, nghệ Xây dựng,85-95 kHz. Như vậy, sự xuất hiện của hiện tượng bong tách NUCE 2021 FRP trong dầm BTCT được cảnh báo dựa vào sự thay đổi của đáp ứng trở kháng. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 273 4. Xác định chỉ số đánh giá sự xuất hiện của hiện tượng bong tách 4. Xác274 định 273 chỉ số Chỉ 4. Xác đánh số đánh định giá chỉ sốgiásự xuất hưgiá đánh hỏng hiện bong sự xuất của tách, hiện hiện RMSD, của tượngtínhbong đượcbong hiện tượng toán táchcông thức (4), với tách theo 275 dữ liệu đầu vào là các đáp ứng trở kháng của các trường hợp khảo sát có được từ mô 274 Chỉ276 số đánh Chỉhư giá số đánh hỏng giábong hư hỏng bongRMSD, tách, RMSD, được tínhtính toán theo theo công thức (4), (4), với phỏng. Hai miền tần số kháctách, nhau có đỉnh trở được kháng xuất toán hiện công rõ ràng, tín hiệu thức trở kháng với dữ liệu đầu 275 dữ liệu đầu vào là các đáp ứng trở kháng của các trường hợp khảo sát có được từ mô vào là các 277 đáp ứngbịtrở không kháng nhiễu, 75-85củakHzcác và trường 85-95 kHz,hợpđược khảo lựasát chọncóđểđược từ mô xác định phỏng. chỉ số RMSD.Hai Kết miền tần số khác 276 phỏng. Hai miền tần số khác nhau có đỉnh trở kháng xuất hiện rõ ràng, tín hiệu trở kháng nhau có278 đỉnh quả 277 trở kháng tính không bịtoán xuất nhiễu, sốhiện chỉ75-85RMSD rõ ràng, được kHz và tínkHz, thể 85-95 hiệu hiện trởHình trên được kháng không 10 đến lựa chọn Hình để xác bị 14nhiễu, định và được chỉ 75-85 kHz và 85-95 kHz, tổng hợp số RMSD. Kết được lựa chọn 279 278 trong Bảng 6 và Bảng 7. quả tính toán chỉ số RMSD được thể hiện trên Hình 10 đến Hình 14 và được tổng hợphiện trên Hình 10 để xác định chỉ số RMSD. Kết quả tính toán chỉ số RMSD được thể đến Hình27914 và được trong Bảng tổng 6 vàhợp Bảngtrong 7. Bảng 5 và Bảng 6. 85-95 (kHz) 0.893 85-95 (kHz) (kHz) 0.893 0.520 75-85 1.0 0.648 0.8 75-85 (kHz) 0.539 0.520 số RMSD 1.0 0.648 0.6 0.8 0.007 0.539 ChỉRMSD 0.000 0.4 0.6 0.1080.007 0.2 0.4 0.0000.000 0.108 Chỉ số 0.0 0.2 0.000 T0 T1 T2 T3 0.0 Trường hợp hư hỏng 280 T0 T1 T2 T3 Trường hợp hư hỏng 281 280 Hình 10. Chỉ số RMSD cho PZT1 282 281 Hình 10.Chỉ Hình 10. ChỉsốsốRMSD RMSDchocho PZT1 PZT1 282 0.852 85-95 (kHz) 0.852 85-95 (kHz) 75-85 (kHz) 0.505 1.0 0.631 75-85 (kHz) 0.560 0.505 0.8 1.0 số RMSD 0.631 0.6 0.560 0.8 số RMSD 0.000 0.007 0.4 0.6 0.111 0.0000.000 0.007 0.2 0.4 0.111 Chỉ Chỉ 0.0 0.000 0.2 T0 0.0 T1 T2 T3 Tạp chí Khoa học Công nghệ XâyTrường hợp hư dựng, NUCE hỏng 2021 283 T0 T1 T2 T3 Trường Hình 11. hợp Chỉ hư số hỏng RMSD cho PZT1’ 283 284 Hình 11. Chỉ số RMSD cho PZT1’ 285 284 Hình 11. Chỉ số RMSD cho PZT1’ 0.771 285 85-95 (kHz) 75-85 (kHz) 0.8 0.437 Chỉ số RMSD 0.6 0.323 0.019 0.014 0.4 0.000 0.183 0.2 0.000 13 0.0 13 T0 T1 T2 T3 Trường hợp hư hỏng 286 287 Hình12. Hình 12.Chỉ Chỉsốsố RMSD RMSD chocho PZT2 PZT2 288 289 86 0.772 85-95 (kHz) 75-85 (kHz) 0.8
  11. 0.0 Trường hợp hư hỏng 286 T0 T1 T2 T3 287 Hình 12. Chỉ Trường hợp số hưRMSD hỏng cho PZT2 286 288 287 289 Hình 12. Chỉ số RMSD cho PZT2 288 289 0.772 Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 85-95 (kHz) 75-85 0.772 0.8 85-95 (kHz) (kHz) 0.437 số RMSD 0.6 75-85 (kHz) 0.320 0.020 0.8 0.014 0.4 0.000 0.183 0.437 RMSD 0.6 0.320 0.020 0.014 0.2 0.0000.000 0.4 0.183 Chỉ sốChỉ 0.0 0.2 0.000 T0 T1 T2 T3 290 0.0 Trường hợp hư hỏng T0 T1 T2 T3 291 Hình 13. Chỉ Trường hợpsố hưRMSD hỏng cho PZT2’ 290 292 291 293 Hình 13.Chỉ Hình 13. ChỉsốsốRMSD RMSDchocho PZT2’ PZT2’ 292 293 0.746 85-95 (kHz) 75-85 0.746 0.8 85-95 (kHz) (kHz) số RMSD 0.6 75-85 (kHz) 0.8 0.004 0.206 0.029 0.279 0.4 0.000 0.130 RMSD 0.6 0.004 0.206 0.029 0.279 0.2 0.4 0.0000.000 Chỉ sốChỉ 0.130 0.0 0.2 0.000 T0 T1 T2 T3 294 0.0 Trường hợp hư hỏng T0 Hình 14. Chỉ T1 số RMSD T2 295 Hình 14.hợp Trường Chỉhưsốhỏng RMSD chocho PZT3T3 PZT3 294 295 Hình Bảng 5. Chỉ số 14. giá đánh Chỉ RMSD số14 RMSD chomiền cho PZT3tần số 75-85 kHz 14 Trường hợp PZT1 PZT1’ PZT2 PZT2’ PZT3 T0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 T1 0,007 0,007 0,014 0,014 0,004 T2 0,893 0,852 0,019 0,020 0,029 T3 0,520 0,505 0,771 0,772 0,746 Bảng 6. Chỉ số đánh giá RMSD cho miền tần số 85-95 kHz Trường hợp PZT1 PZT1’ PZT2 PZT2’ PZT3 T0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 T1 0,108 0,111 0,183 0,183 0,130 T2 0,539 0,560 0,323 0,320 0,206 T3 0,648 0,631 0,437 0,437 0,279 Chỉ số RMSD có giá trị lớn hơn không cho trường hợp có sự hư hỏng bong tách T1, T2, T3 và ngược lại bằng không cho trường hợp không có sự hư hỏng bong tách T0. Như vậy, sự xuất hiện hư hỏng bong tách FRP trong dầm BTCT được chẩn đoán thành công khi sử dụng chỉ số đánh giá RMSD của phương pháp trở kháng. Khi mức độ bong tách FRP trong dầm tăng, giá trị của chỉ số RMSD gia tăng tương ứng. Đối với trường hợp T1, vị trí hư hỏng bong tách xuất hiện ở gần PZT2 và PZT2’, giá trị RMSD của PZT2 và PZT2’ lớn hơn giá trị RMSD của các PZT còn lại. Kết quả tương tự cho hai trường hợp hư hỏng bong tách còn lại, chỉ số RMSD lớn nhất ở PZT1 và PZT1’. Như vậy, PZT càng gần vị trí bong tách thì giá trị chỉ số đánh giá RMSD càng lớn. Trong miền tần số 85-95 kHz, sự xuất 87
  12. Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng hiện đỉnh trở kháng trong biểu đồ là rõ ràng và chỉ số RMSD thay đổi có quy luật. Cho nên, các giá trị RMSD của miền tần số 85-95 kHz được sử dụng để xác định vị trí hư hỏng bong tách trong dầm. 5. Xác định vị trí của hư hỏng bong tách trong dầm Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 Tạp cảnh Sau khi chí Khoabáohọc Côngcông thành nghệ Xây dựng,hiện sự xuất NUCE của2021 hư hỏng bong tách, chỉ số RMSD trong miền tần số 85-95 kHz được chuẩn hóa theo công thức (5) để xác định vị trí bong tách của tấm FRP trong dầm. Các 318chỉ chuẩn số RMSD hóa Zthu được càng lớntrong và độtừng trường tin cậy có hưhợp hỏng hưbong hỏngtáchlà mộtgầntậpPZTthốngcàng kê vớiTừphân cao. phối chuẩn; kết quả 318 chuẩn hóa Zjj càng lớn và độ tin cậy có hư hỏng bong tách gần PZT càng cao. Từ kết quả các 319 chỉ mô phỏng, trường hợp T1 hư hỏng bong tách xảy ra ở gần vị trí PZT2, PZT2’ và đối vớihóa. PZT số RMSD cho 3 trường hợp hư hỏng bong tách T1, T2, T3 được tiến hành chuẩn 319 mô phỏng, trường hợp T1 hư hỏng bong tách xảy ra ở gần vị trí PZT2, PZT2’ và đối với có320 chỉ sốtrường RMSD hợpcàng T2 lớnT3, và giáhư trịhỏng chuẩn hóatách bong Z j càng xảy lớn ra và độ ở gần vị tin trí cậy cóvàhưPZT1’. PZT1 hỏng bong tintách Độ tin cậy gần PZT 320 càng cao.trường Từ kết hợp quả T2 môvàphỏng, T3, hư trường hỏng bong hợp tách T1 xảyhỏng hư ra ở bong gần vịtáchtrí PZT1 xảy ravàở PZT1’. gần vị ĐộPZT2, trí cậyPZT2’ và 321 của của phương phương pháp pháp trong ba trường hợp hư hư hỏng lớn nhất là 86.7% (PZT1’ trường trường hợp đối321với trường hợp T2 và trong T3, hưbahỏng trườngbonghợptách hỏng xảy ralớn nhấtvị ở gần là trí 86.7% PZT1(PZT1’ và PZT1’. Độhợp tin cậy của 322 T2) và T2) vàtrongnhỏ nhất nhỏ nhất là 82.6% là 82.6% (PZT1’ trường hợp T3). Từ kết quả thu được chọn ngưỡng Z Zo 322 pháp phương ba trường hợp(PZT1’ hư hỏng trường hợp T3). lớn nhất Từ kết(PZT1’ là 86,7% quả thutrườngđược chọnhợp ngưỡng T2) và nhỏ o nhất là 323 == 0,9 0,9 tương tương đương đương với với độ độ tin cậy của việc xác định vị vị trí trí hư hưZhỏng là 81,2% để xác xác định định 323 (PZT1’ 82,6% trường hợp T3). Từtin kếtcậy quảcủathuviệc đượcxácchọnđịnhngưỡng hỏng o = là 0,9 81,2% tương để đương với độ tin cậy 324 vị trí 324việcvịxác xuất trí định hiện xuất hiện hư hỏng bong tách. Hư hỏng bong tách được xác định tại vị trí PZT thứ của vị tríhư hưhỏng hỏngbong tách. Hư là 81,2% để hỏng xác địnhbongvịtáchtrí được xuất hiệnxác định tại vị bong hư hỏng trí PZT thứHư hỏng tách. 325 jj nếu nếu ZZj >> ZZo;;định và ngược tại vịlại, trí không có có jhư hỏng Z j bong > Zo ;tách tại tại vị vị trí lại,PZT khảo khảocósát. Kết quảbong tách 325 tách bong được j xác o và ngược lại, khôngthứ PZT hưnếuhỏng bong tách và ngược trí PZTkhông sát. hưKết hỏng quả tại vị tríphương 326 326 phương PZT khảo pháp pháp xác xácKết sát. định định vị quảvị trí trí PZT của PZT có có hương phương pháphỏng hương hỏng bong bongvị xác định tách tríthể tách thể PZT hiện hiệncótừhưHình từ hỏng15 Hình đến Hình 15bong đến Hình tách thể hiện 327 từ327 17. Hình 15 Phương 17.đếnPhương pháp Hìnhpháp đã xác định đã xác định 17. Phương chính phápchính xác đã xác vị xácđịnh trí của vị tríchính hư của hư xáchỏng hỏng vị tríbong bong tách củatách trong dầm. trongbong hư hỏng dầm. tách trong dầm. 1.8 1.8 1.068 1.068 1.068 1.068 0.9 0.9 hóa chuẩnhóa 0.0 0.0 trịchuẩn PZT1 PZT1 PZT2 PZT2 PZT3 PZT3 PZT2' PZT2' PZT1' PZT1' -0.351 -0.351 -0.9 Gíatrị -0.9 -0.927 -0.858 -0.858 Gía -0.927 -1.8 -1.8 328 PZT PZT 328 Hình 15.Chỉ Hình Chỉ sốRMSD RMSD chuẩnhóa hóa đối vớivới trường hợp T1 329 329 Hình 15. 15. Chỉ số số RMSD chuẩn chuẩn hóa đối đối với trường trường hợp hợp T1 T1 330Trường Trường 330 hợp T1,hợp Trường hợp T1, T1, hư hư hỏng hỏng hưbong bong hỏngtách tách bongxảy táchraxảy ra ra ởởvịgần ở gần xảy gầntrívị trí trí PZT2 PZT2 vị và và PZT2’. và PZT2’. PZT2 Trong Trong PZT2’. trường trường Trong hợp này Z j trường của 331PZT2 331 hợp và PZT2’ hợp này có này ZZjj của giá của PZT2 trị PZT2 và là 1,068 và PZT2’ tương PZT2’ có có giá ứng giá trị trị là với là 1.068độ tin 1.068 tương cậy tương ứng 85,7%. ứng với với độ độ tin tin cậy cậy 85.7%. 85.7%. 1.8 1.8 0.973 1.109 1.109 0.973 hóa 0.9 chuẩn hóa 0.9 trịchuẩn 0.0 0.0 PZT1 PZT1 PZT2 PZT2 PZT3 PZT3 PZT2' PZT2' PZT1' PZT1' Gía trị -0.434 -0.434 -0.453 -0.453 Gía -0.9 -0.9 -1.195 -1.195 -1.8 -1.8 332 PZT 332 Hình 16. Chỉ số RMSD chuẩn hóa đối với trường hợp T2 333 333 Hình Hình 16. 16. Chỉ Chỉ số số RMSD RMSD chuẩn chuẩn hóa đối với trường hợp T2 88 16 16
  13. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 334 Trường hợp T2, hư hỏng bong tách xảy ra ở gần vị trí PZT1 và PZT1’. Trong trường 335 hợp này T2, Trường hợp Zj của hư PZT1 và PZT1’ hỏng bong tách có xảygiá ra trị là 0.973 ở gần vị trívà 1.109 PZT1 vàtương ứng PZT1’. với độ Trong tin cậy trường hợp này Z j của 83.5% 336PZT1 và 86.7%. và PZT1’ có giá trị là 0,973 và 1,109 tương ứng với độ tin cậy 83,5% và 86,7%. 1.8 1.049 0.940 Gía trị chuẩn hóa 0.9 0.0 PZT1 PZT2 PZT3 PZT2' PZT1' -0.321 -0.323 -0.9 -1.8 -1.345 337 PZT 338 Hình Hình17. 17.Chỉ ChỉsốsốRMSD RMSDchuẩn chuẩnhóa hóa đối đối với trườnghợp với trường hợpT3 T3 339 Trường hợp T3, hư hỏng bong tách xảy ra ở gần vị trí PZT1 và PZT1’. Trong trường Trường hợp T3, hư hỏng bong tách xảy ra ở gần vị trí PZT1 và PZT1’. Trong trường hợp này Z j 340 hợp này Zj của PZT1 và PZT1’ có giá trị là 1.049 và 0.940 tương ứng với độ tin cậy của PZT1 và PZT1’ có giá trị là 1,049 và 0,940 tương ứng với độ tin cậy 85,3% và 82,6%. 341 85.3% và 82.6%. 6.342 6. Kết luận Kết luận 343 Nghiên cứu này đã phát triển thành công một mô hình phần tử hữu hạn cho việc Nghiên cứu này đã phát triển thành công một mô hình phần tử hữu hạn cho việc chẩn đoán hiện 344 chẩn đoán hiện tượng bong tách giữa tấm FRP và dầm BTCT sử dụng đáp ứng trở kháng. tượng bong tách giữa tấm FRP và dầm BTCT sử dụng đáp ứng trở kháng. Mô phỏng số dầm BTCT 345 Mô phỏng số dầm BTCT có gia cường tấm FRP có độ tin cậy cao, có kết quả phù hợp có gia cường tấm FRP có độ tin cậy cao, có kết quả phù hợp với kết quả thực nghiệm. Chỉ số đánh giá hỏngvới hư346 kết quả RMSD, dựathực vàonghiệm. sự thayChỉ đổi số củađánh đápgiá ứnghưtrởhỏng RMSD, kháng, dựa báo đã cảnh vào thành sự thaycông đổi của đáp hiện của sự xuất 347 ứng trở kháng, đã cảnh báo thành công sự xuất hiện của hư hỏng bong tách hư hỏng bong tách giữa dầm BTCT và tấm FRP. Hơn nữa, việc sử dụng chỉ số RMSD chuẩn hóa giúp giữa dầm 348địnhBTCT xác được vị vàtrí tấm FRP.xác chính Hơn nữa, của hư việc hỏngsửbong dụngtách chỉ trong số RMSD dầm.chuẩn hóanghiên Kết quả giúp xáccứuđịnh được chứng minh rằng việc sử dụng phương pháp trở kháng để chẩn đoán hư hỏng bong tách trong dầm BTCT rằng 349 vị trí chính xác của hư hỏng bong tách trong dầm. Kết quả nghiên cứu chứng minh có gia cường việctính 350 mang FRP sử dụng hiệu phương quả caopháp và cótrở kháng tiềm đểđể năng chẩn ứngđoán hưvào dụng hỏng bong các bài tách toántrong chẩn dầm đoánBTCT kỹ thuật công có gia 351 trong trình thực cường tế. FRP mang tính hiệu quả cao và có tiềm năng để ứng dụng vào các bài toán 352 chẩn đoán kỹ thuật công trình trong thực tế. 353cảmLời Lời ơncảm ơn Nghiên 354Nghiên cứu đượccứu tài được tài Đại trợ bởi trợ bởi họcĐại học gia Quốc Quốc gia Thành Thành phốChí phố Hồ Hồ Minh Chí Minh (ĐHQG- (ĐHQG-HCM) trong 355 HCM) trong khuôn khổ Đề khuôn khổ Đề tài mã số B2020-20-06.tài mã số B2020-20-06. 356 Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo 357 [1] Liang, C., Sun, F. P., Rogers, C. A. (1994). Coupled electro-mechanical analysis 358 Liang, C., of [1] adaptive Sun, material F. P., Rogers, C. systems-determination of the actuator power A. (1994). Coupled Electro-Mechanical consumption Analysis of Adaptive Material Systems — Determination of the Actuator Power Consumption and System Energy Transfer. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 5(1):12–20. 17 (1995). Truss Structure Integrity Identification Using [2] Sun, F. P., Chaudhry, Z., Liang, C., Rogers, C. A. PZT Sensor-Actuator. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 6(1):134–139. [3] Giurgiutiu, V., Zagrai, A. (2005). Damage Detection in Thin Plates and Aerospace Structures with the Electro-Mechanical Impedance Method. Structural Health Monitoring, 4(2):99–118. [4] Park, S., Kim, J.-W., Lee, C., Park, S.-K. (2011). Impedance-based wireless debonding condition moni- toring of CFRP laminated concrete structures. NDT & E International, 44(2):232–238. 89
  14. Huỳnh, T. N., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [5] Nguyen, K.-D., Ho, D.-D., Kim, J.-T. (2013). Damage detection in beam-type structures via PZT’s dual piezoelectric responses. Smart Structures and Systems, 11(2):217–240. [6] Liang, Y., Li, D., Parvasi, S. M., Kong, Q., Lim, I., Song, G. (2016). Bond-slip detection of concrete- encased composite structure using electro-mechanical impedance technique. Smart Materials and Struc- tures, 25(9):095003. [7] Jiang, T., Hong, Y., Zheng, J., Wang, L., Gu, H. (2019). Crack Detection of FRP-Reinforced Concrete Beam Using Embedded Piezoceramic Smart Aggregates. Sensors, 19(9):1979. [8] Nguyễn, T. H., Lê, Q. H., Hồ, Đ. D. (2017). Chẩn đoán vết nứt trong dầm nhôm sử dụng tín hiệu trở kháng kết hợp với mạng nơ-ron nhân tạo. Tạp Chí Xây Dựng, 11:125–129. [9] Nguyễn, V. B. (2018). Chẩn đoán hiện tượng tách lớp trong dầm bê tông cốt thép có gia cường tấm FRP sử dụng đặc trưng trở kháng cơ-điện. Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp. HCM. [10] Tín, L. T. H., Cảnh, H. T., Cao, L. T., Nhân, L. V. P., Duy, H. Đ. (2020). Chẩn đoán tổn hao lực ứng suất trước trong vùng neo cáp sử dụng đáp ứng trở kháng cơ-điện. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 14(3V):1–11. [11] Na, W., Baek, J. (2018). A Review of the Piezoelectric Electromechanical Impedance Based Structural Health Monitoring Technique for Engineering Structures. Sensors, 18(5):1307. [12] Bhalla, S., Soh, C. K. (2003). Structural impedance based damage diagnosis by piezo-transducers. Earth- quake Engineering & Structural Dynamics, 32(12):1897–1916. [13] Li, W., Fan, S., Ho, S. C. M., Wu, J., Song, G. (2017). Interfacial debonding detection in fiber-reinforced polymer rebar–reinforced concrete using electro-mechanical impedance technique. Structural Health Monitoring, 17(3):461–471. [14] Vo, T. T. (2013). Phân tích ứng xử số của dầm BTCT gia cường tấm FRP bằng phần mềm PTHH ABAQUS. Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp. HCM. [15] Efunda Engineering Fundamentals. Lead Zirconate Titanate (PZT-5A). [16] Lu, X. Z., Teng, J. G., Ye, L. P., Jiang, J. J. (2005). Bond–slip models for FRP sheets/plates bonded to concrete. Engineering Structures, 27(6):920–937. 90
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học