HỆ THỐNG QUAN TRẮC SỨC KHỎE CÔNG TRÌNH CẦU
1. Tổng quan về hệ thống quan trắc cầu
Ngày nay đối với các công trình cầu, công tác quan trắc với độ tin cậy cao có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Bên cạnh các chỉ tiêu chính là kiểm soát quá trình thi công cũng như phát hiện các hư hỏng hoặc suy giảm chất lượng trong quá trình khai thác, quan trắc cầu cũng cung cấp các số liệu định lượng cho công trình cầu, các số liệu có thể được sử dụng phục vụ công tác nghiên cứu, cải tiến phương pháp xây dựng, thiết kế công trình. Trong quá trình khai thác, các số liệu quan trắc được sử dụng để đánh giá mức độ phát triển của hư hỏng, xuống cấp, đánh giá năng lực của kết cấu, khả năng ứng xử trong các sự cố hoặc ứng xử bất thường của kết cấu, xây dựng phương án duy tu, sửa chữa, bảo đảm hoạt động bình thường và hoạt động của công trình.
Hiện nay, các hoạt động quan trắc khác nhau cho các nhịp cầu lớn đã được thiết lập tại nhiều nước trên thế giới và trong khu vực. Tại Việt Nam, hệ thống quan trắc được thiết kế và lắp đặt ở nhiều công trình cầu lớn như: Cầu Nhật Tân, cầu Nguyễn Văn Trỗi – Trần Thị Lý, cầu Cần Thơ, cầu Cao Lãnh, cầu Nhật Lệ 2, Cầu dây văng - nút giao thông Ngã Ba Quế …;
2. Mục đích lắp đặt hệ thống quan trắc cầu
Các công trình cầu nhịp lớn, kể cả các cầu dây văng, dây treo hay cầu vòm được coi là các công trình bán vĩnh cửu, tuy vậy theo thời gian, năng lực kết cấu của công trình sẽ giảm dần do nhiều nguyên nhân khác nhau như phong hóa, rỉ, nứt, cấu kiện liên kết thoái hóa, mỏi và các biến dạng. Bên cạnh đó, trong các trường hợp đặc biệt bất thường như bão, lũ, tai nạn, ứng xử làm việc giới hạn của kết cấu công trình bị thử thách trong những điều kiện khắc nhiệt nhất. Khi đó hệ thống quan trắc được trang bị và làm việc trong mọi điều kiện sẽ cho phép thu thập các số liệu ứng xử của kết cấu và hỗ trợ đánh giá một cách chính xác năng lực làm việc thực tế của kết cấu công trình là rất quan trọng.
Ngoài ra công việc đo đạc, đánh giá sức khỏe cầu có thể thực hiện thông qua việc kiểm tra đánh giá định kỳ. Tuy nhiên việc này đòi hỏi huy động nhân lực lớn, tốn thời gian và đôi khi còn đòi hỏicả việc ngừng lưu thông phương tiện trên cầu đề thực hiện xếp tải, đo đạc, chưa kể bản chất nguy hiểm của công việc này đối với nhân lực tham gia. Thêm vào đó việc kiểm tra, đánh giá định kỳ có thể ghi nhận được các hiện tượng nhất thời tại thời điểm diễn ra việc kiểm định, công việc này không thể bao quát được toàn bộ quá trình vận hành của cầu dưới dưới nhiều điều kiện khác nhau. Mặt khác một số hiện tượng nguy hiểm, chỉ xảy ra dưới một số tổ hợp điều kiện thực tế nhất định ví dụ như hiện tượng dao động của dây cáp treo do gió và mưa kết hợp, những điều kiện đó không thể được tạo ra do con người để phục vụ công việc kiểm định. Vì vậy, việc xây dựng một hệ thống quan trắc tự động, cùng một lúc quan trắc được nhiều thông số và vận hành liên tục theo thời gian có thể thu thập, tích lũy được các dữ liệu quan trọng. Nhờ đó việc quan trắc, đánh giá khả năng làm việc của cầu có thể được toàn diện cũng như có thể sớm nhận ra những bất thường trong kết cấu để có biện pháp phù hợp kịp thời, tránh những hậu quả đáng tiếc. Đơn vị kiểm tra đánh giá cầu định kỳ nhờ đó mà có nguồn dữ liệu để tham khảo, bổ sung cho các kết quả đánh giá của mình.
3. Thiết kế hệ thống quan trắc
Thiết kế, lắp đặt hệ thống quan trắc, theo dõi, thu thập, phân tích dữ liệu, và đưa ra cảnh báo kịp thời những thay đổi đột ngột, ứng biến của kết cấu theo thời gian liên quan về dao động, biến dạng, chuyển vị và nhiệt độ của các bộ phận kết cấu cầu trong suốt quá trình khai thác, vận hành cầu.
Hệ thống quan trắc cầu phải được thiết kế động bộ (phần cứng và phần mềm) theo dõi ứng xử của toàn bộ kết cấu cầu (vòm chính, dầm BTCT DƯL và dầm thép …)
Hệ thống quan trắc cầu nhằm theo dõi các tác động của môi trường và phản ứng của kết cấu cầu trong toàn bộ thời gian khai thác, các thiết bị quan trắc sử dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến, cùng phương thức đấu nối truyền dẫn, hệ thống thiết bị thu nhận, phần mềm xử lý số liệu và hiển thị kết quả đo.
4. Các thông số và thiết bị quan trắc
a. Quan trắc dao động dầm chủ, vòm thép
Nhằm mục đích theo dõi thay đổi đặc tính dao động của các bộ phận kết cấu công trình thông qua việc đo đạc thường xuyên và liên tục đặc trưng dao động. Các số liệu này cho phép kiểm tra, đánh giá mức độ xuống cấp của công trình, phát hiện các ứng xử bất thường từ giai đoạn đầu xuất hiện cũng như phục vụ công tác bảo dưỡng kết cấu và kiểm tra thiết kế.
 |
 |
 |
|
Cảm biến đo rung & nghiêng BeanAir |
Cảm biến đo rung 3 chiều |
Thiết bị đo rung chấn Mini-Seis III |
Link sản phẩm: http://geo-science.com.vn/thiet-bi-do-rung-do-dia-chan.htm
b. Quan trắc biến dạng và biến dạng cục bộ
Quan trắc ứng suất trong dầm chủ, vòm thép, vòm bê tông và ụ neo cung cấp thông tin về ứng suất phát sinh trong kết cấu trong quá trình khai thác dưới tác dụng của ngoại tải, từ đó cung cấp thông tin phục vụ cho việc kiểm tra thiết kế, kiểm soát thi công cũng như đánh giá ứng xử của kết cấu trong quá trình khai thác, phục vụ công tác duy tu và bảo dưỡng. Các thông số này cũng cho phép phát hiện các dấu hiệu xuống cấp của kết cấu từ lúc chúng mới xuất hiện.
 |
 |
 |
|
Cảm biến đo US cốt thép |
Cảm biến đo US bê tông |
Cảm biến đo US thép |
Link sản phẩm: http://geo-science.com.vn/cam-bien-ung-suat-strain-gauges.htm
c. Quan trắc nhiệt độ
Quan trắc nhiệt độ cung cấp thông tin bổ trợ cho việc đánh giá ứng xử của kết cấu đối với các thay đổi của nhiệt độ như sự phát triển biến dạng của tháp từ đó cung cấp cánh nhìn toàn diện hơn cho việc soát xét thiết kế hoặc cung cấp dữ liệu hữu ích cho công tác duy tu bảo dưỡng cho các cầu sau này.
 |
 |
 |
|
Cảm biến đo nhiệt độ dây rung |
Cảm biến đo nhiệt độ PT100 |
Cảm biến đo nhiệt độ thermistor |
d. Quan trắc chuyển vị góc xoay
Lắp đặt thiết bị quan trắc chuyển vị góc xoay trên dầm chủ sẽ cho phép mô phỏng được hình dáng biến dạng của kết cấu. Các số liệu quan trắc biến dạng kết cấu này cho phép kiểm tra thiết kế, cũng như đánh giá ứng xử của kết cấu trong quá trình khai thác, phục vụ công tác duy tu và bảo dưỡng
 |
 |
 |
|
Thiết bị đo nghiêng không dây |
Thanh đo nghiêng dạng Mems |
Thiết bị đo nghiêng dạng Mems |
Link sản phẩm: http://geo-science.com.vn/cam-bien-do-nghieng-tiltmeter.htm
e. Quan trắc chuyển vị khe co nhiệt
Lắp đặt thiết bị quan trắc chuyển vị khe co nhiệt tại các vị trí liên kết giữa dầm hộp thép và dầm hộp BTCT sẽ cho phép mô phỏng được điều kiện làm việc của kết cấu tại khu vực này. Các số liệu chuyển vị khe co nhiệt này cho phép kiểm tra thiết kế, cũng như đánh giá ứng xử của kết cấu trong quá trình khai thác, phục vụ công tác duy tu và bảo dưỡng.
 |
 |
 |
|
Thiết bị đo chuyển vị 3 chiều |
Đầu đo vết nứt/chuyển vị |
Đầu đo khe nhiệt loại kín |
Link sản phẩm: http://geo-science.com.vn/cam-bien-do-nut-crackmeter.htm
Thông tin tư vấn và hỗ trợ vui lòng liên hệ theo hotline: 0967.699.555 (Mr. Ngọc)