Hệ THốNG ĐO Tự ĐộNG Kỹ THUậT Số Và ứNG DụNG XáC
ĐịNH TìNH TRạNG CầU
AUTOMATIC DIGITAL MEASUREMENT SYSTEM AND
APPLICATION IN VERIFYING STATUS OF BRIDGES
Ngô Kiều Nhi, Phan Đức Huynh, Nguyễn Nam Trang, Phan Quốc Thái
Phòng Thí Nghiệm Cơ Học ứng Dụng - Trờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM

Tóm tắt
Dùng bộ giao tiếp với biến cảm điện trở dây (Strain-Connector) tự chế tạo, Phòng Thí Nghiệm Cơ Học ứng
Dụng - Trờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã tiến hành thử nghiệm đo các thông số cơ học của cầu cần
thiết trong quy phạm kiểm định cầu. Bài báo giới thiệu các kết quả thu đợc trong các đợt thử nghiệm với cầu
Rạch Chiếc (năm 2002- 03/2002). Các kết quả thử nghiệm cho ta thấy khả năng của hệ thống góp phần theo
dõi thờng xuyên tình trạng hoạt động thực tế của cầu.
Abstract
With the self-manufactured Strain-Connector, the Laboratory of Applied Mechanics - University of
Technology manages to measure mechanical parameters required in the bridge verifying process. This
article shows the results from the tests with Rach Chiec bridge (year 2000 and March 2002). The results from
those tests prove the ability of the system to regularly verify the operation status of the bridge.

I. các đại lợng cần đo và các thiết bị hiện sử dụng trong quá
trình kiểm định cầu.
Chế độ kiểm tra đối với các công trình xây dựng nói chung và cầu nói riêng hiện chỉ tập
trung ở khâu kiểm định. Thực chất kiểm định là thử nghiệm sau khi hoàn tất xây dựng mới
hay sau sửa chữa lớn hoặc thử nghiệm trớc khi quyết định có sửa chữa lớn hay không. Để
xét toàn diện hiện trạng cơ học của cầu cần có nhiều giám sát ở các bộ phận khác nhau đặc
biệt là trụ, mố, dầm, phổ biến nhất là đối với dầm. Trên Bảng 1 ở cột 2 và 3 là các đại lợng
cần đo và thiết bị sử dụng hiện hành [1] [4] đối với kiểm định cầu.
Bảng 1: Các đại lợng cần đo trong quá trình kiểm định
TT
Các đại lợng cần đo
Các thiết bị đợc

Tần số riêng
Máy đo dao động
Máy ảnh
Tính toán từ số liệu đo đạc
5
Hệ số giảm chấn
Tính toán từ số liệu đo đạc
6
Hệ số xung kích
Tính toán từ số liệu
đo đạc
Tính toán từ số liệu đo đạc
7
Di chuyển trụ/ mố cầu
Tenxơmet cơ học Đo trực tiếp
8
Độ mở rộng vết nứt
Kính lúp
Máy siêu âm
Không đo đợc
Nhợc điểm của các thiết bị hiện đợc sử dụng nh sau:
1- Biện pháp ghi nhận là thủ công. Đọc và ghi chép lại bằng tay: chậm, kém chính xác,
huy động đông nhân lực, chỉ cho phép thu thập số liệu tĩnh.
2- Mỗi thiết bị sử dụng cho việc lấy số liệu 1 thông số, số lợng thiết bị dùng mỗi lần
đo lớn.
3- Điều kiện an toàn kém vì phải tiếp cận trực tiếp với vị trí đo, thờng là dới gầm
cầu. Trong quá trình kiểm nghiệm, tải đặt trên cầu lớn, do vậy rất không an toàn cho

trở dây. Hình 2: Một số loại tấm điện trở dây

Vì số kênh (số tín hiệu cho phép lấy song song) là 20 nên thiết bị này đợc ký hiệu là
Strain connector 20. Sơ đồ mạch thiết kế nh trên Hình 3. Hình 3: Sơ đồ khối thiết kế mạch kỹ thuật số của thiết bị Strain connector - 20
Mạch gồm 5 card Analog, mỗi card có 4 kênh đo dùng để khuyếch đại tín hiệu từ mạch cầu
Wheatstone. Tín hiệu từ tấm điện trở (Strain gage) rất nhỏ, do vậy đợc khuyếch đại và sau
đó đa đến bộ chuyển đổi A/D. Trên mỗi card có một bộ switch chọn kênh cho phép ta
chọn kênh cần đo trong số kênh đầu vào, hoặc quét tiếp nối cả 20 kênh. Nhờ card giao tiếp
mà Strain connector - 20 giao tiếp với vi tính.

Mạch Analog
4 kênh
Mạch Analog
4 kênh
Màn hình
hiển thị
Ngôn ngữ
lập trình
Card giao tiếp
với máy tính
Mạch chọn kênh và
chuyển đổi AD
Mạch Analog
4 kênh
III. Tổ chức thí nghiệm
3.1. Thiết bị
Sơ đồ toàn bộ thiết bị nh sau (Hình 5):

Hình 5: Sơ đồ hệ thống đo tự động kỹ thuật số
1- Các cảm biến hoặc là tấm biến trở hoặc cảm biến đo chuyển vị
2- Bộ giao tiếp 20 kênh
3- Máy tính
3.2. Đặc điểm đối tợng thí nghiệm
a- Việc thử nghiệm đợc tiến hành nhiều lần tại cầu Rạch Chiếc và cầu Bình Điền II. Đặc
điểm của các cầu trên là dầm đều cùng loại bê tông ứng lực trớc, với chiều dài 24.7m.
Riêng tại cầu Rạch Chiếc, việc đo đạc đã đợc tiến hành trong 2 năm 2000 và 2002. Sở
dĩ các cầu trên đợc tiến hành thí nghiệm vì đã có nhiều số liệu từ các lần kiểm định

Số thứ thự kênh
K11 K12 K13 K14 K15 K16 K17 K18 K19 K20
(Trong đó, P: Strain gage, CV: Chuyển vị kế)
Cảm biến Strain connecto
r
Máy tính
1 2
3
3.3.2. Phơng pháp lấy số liệu
Tại mỗi thời điểm thu thập số liệu ở 20 kênh với tốc độ lấy mẫu là 64Hz (64 tín hiệu/s).
Tổng số số liệu thu thập chứa hơn 1000 files, mỗi file lu tín hiệu theo thời gian của 20
kênh, mỗi kênh tối thiểu có 512 số liệu. Trên Hình 7 là các đồ thị thu đợc của 20 kênh
đồng thời.

Hình 7: Đồ thị tín hiệu biến dạng theo thời gian của file số 30 thu đợc ở 20 kênh
Trên Hình 8 là đồ thị từ 1 kênh chứa trong 36 files liên tục tức trong khoảng thời gian 288s.
t
r
a
i
n
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
-50
0
50
100
150
Time(s)
S
t
r
a
i
n
200 210 220 230 240 250 260 270 280
-50
0
50
100
Time(s)
S
t
r
a
i
n


Hình 12: Đồ thị dao động cỡng bức
3.5. Đánh giá độ tin cậy của số liệu đo đợc
Do số liệu đo của nhóm nghiên cứu không phải trong điều kiện thử tải chuẩn, do vậy không
thể đối chiếu với số liệu kiểm định về 2 thông số: biến dạng và độ võng. Tuy nhiên các số
liệu phản ảnh trạng thái động: tần số riêng, hệ số suy giảm loga, hệ số xung kích của hệ ở
các điều kiện tải khác nhau đều phải thể hiện nh nhau.
Cùng trên nhịp 2 của cầu Rạch Chiếc, năm 2000, PTN CHUD đã dùng hệ thống đo tự động
thực hiện đợt đo đạc tơng tự nh đợt này. Trên Bảng 4 cho các số liệu xác định tần số
riêng và hệ số giảm chấn thực hiện trong 2 đợt đo năm 2000 và 2002. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
0
0.02
0.04
Tanso(Hz)
B
i
e
n
d
o
(
m
m
)
Pho phan tich tan so rieng
3.85Hz
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

o
Bieu do chuyen vi dong
Van toc trung binh: 25-35km/h
H e so xung kich: 1+H SX K =1.22
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0
1 2 3 4 5 6 7 89
Thoi gian
Bien d
o
Bảng 4: Tần số riêng và hệ số giảm chấn. Xác định bảng hệ thống đo tự động tại cùng
nhịp của cầu Rạch Chiếc vào hai năm khác nhau.

Tần số riêng Hệ số giảm chấn
STT lần đo
Năm 2000 Năm 2002 Năm 2000 Năm 2002
1 3.86 3.8 0.12
0.132
2 3.84 3.85 0.117

Kiểm định
Đo ngẫu nhiên bằng
hệ thống tự động
Quá trình xác định
Rạch Ông Ông me Khánh Hội Cầu Rạch Chiếc
Thời điểm xác định 11/97 [2] 9/97 [3] 11/97 [4] 3/2002
Tần số riêng (Hz) 3.5 4 3.5 3.918
1+Hệ số xung kích 1.15 1.19 1.16 1.2846
Theo kết quả trên Bảng 5 ta nhận thấy đợc các sai lệch số đo tần số riêng và hệ số xung
kích giữa 2 phơng pháp đo kiểm định và đo ngẫu nhiên bằng hệ thống đo của PTNCHUD
nh sau (Bảng 6):
Bảng 6: Sai lệch số đo tần số riêng và hệ số xung kích gia 2 phơng pháp đo kiểm định
và đo bằng hệ thống đo tự động của PTNCHUD.

Rạch Ông Ông Me Khánh Hội
Tần số riêng
10% 2% 10%
1+ Hệ số xung kích
11% 8% 10%

IV. Kết luận
a- Qua các đợt thử nghiệm cho thấy việc sử dụng hệ thống đo tự động kỹ thuật số đợc chế
tạo trong nớc sẽ nâng cao rất nhiều chất lợng đo đạc, giảm giá thành và cho phép tăng số
lần đo đạc kiểm tra
b- Hệ thống có thể đợc dùng không những trong quá trình kiểm định mà cả trong quá
trình khai thác.
c- Các số liệu sau đây có thể xác định ngay trong quá trình khai thác mà không phải tổ
chức đặc biệt nh hiện tại:
- Các thông số đánh giá trạng thái động: tần số riêng, hệ số giảm chấn, hệ số xung kích.
- Sự bất thờng về phân bố độ võng theo chiều dài cầu.