Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã xảy ra không ít vụ sập cầu thương tâm gây thiệt hại cả về người và của. Nhưng không phải vụ sập cầu nào cũng là sự cố bất khả kháng, có những sự cố chỉ cần can thiệt đúng lúc thì những mất mát đáng tiếc sẽ không sảy ra hoặc được giảm thiểu. Vậy làm sao để có thể giám sát được việc đó.
Phụ lục bài viết
Hệ quả của việc không giám sát công trình cầu đường
Ở tại Việt Nam có khoảng hơn 5.000 cây cầu bao gồm các loại cầu khác nhau như cầu đường bộ, cầu đường sắt, cầu đường thủy, cầu vượt, cầu treo, cầu hầm,… Nhưng con số này chỉ mang tính chất tham khảo nhưng cũng đủ để chúng ta thấy được ở Việt Nam chúng ta có rất nhiều cây cầu đang được sử dụng trong giao thông.
Nhưng không phải cây cầu nào cũng hoàn hảo nhất là khi được đưa vào sử dụng trong hàng chục năm liền. Hơn thế những cây cầu có khi phải chịu tải trọng lớn hơn nhiều so với dự tính ban đầu của bản thiết kế cùng với sự thay đổi thất thường của khí hậu cũng khiến cho tuổi thọ của công trình bị giảm đi đáng kể.
Nếu không được giám sát chất lượng công trình trong quá trình sử dụng các sẽ không thể sớm phát hiệu có dấu hiệu như vết nứt, sự sụt lún, khả năng chịu tải, hiện tượng mất cân bằng của cấu trúc thành cầu. Ngoài ra còn rất nhiều vấn đề khác không thẻ nhìn thấy bằng mắt thường.
Hệ quả những sự cố trên đem tới rất nghiêm trọng về tài sản lẫn tính mạng người tham gia giao khi mà các vết nứt và rạn trên bề mặt có thể mở rộng và lan rộng trên cầu sẽ giảm độ bền và sự ổn định của cầu. Điều này có thể gây ra tai nạn giao thông nghiêm trọng và thậm chí có thể dẫn đến thương vong.
Trên thực tế ở tại Việt Nam chúng ta ta không thiếu những vụ sập cầu do quá trọng tải gây ra. Mới nhất vào ngày 2 tháng 11 năm 2022 cây cầu Xẻo Quýt tại Đồng Tháp có thể tải được trọng lượng 5 tấn đã bị sập khi một chiếc xe tải chở gạo có trọng lượng 27 tấn tính cả trọng lượng xe và hàng hóa vào thời điểm đi qua cây cầu.
Hậu quả là khiến cây cầu bê tông (dài 28 m, rộng 3,3 m) bị gãy, nhịp giữa của cây cầu bị sụt lún xuống nước. Thời điểm đó, tài xế cố qua cầu nhưng không thành và chiếc xe tải nằm luôn trên cầu. Khi đó, Sở Giao thông Vận tải tỉnh Đồng Tháp đã cho biết cầu Xẻo Quýt được xây dựng và đưa vào sử dụng được gần 20 năm.
Tất nhiên việc sập cầu không chỉ dừng lại ở việc bị những yếu tố bên ngoài tác động tới. Thậm chí môi trường, thời tiết cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng công trình. Nhưng chỉ khi các vấn đề thực sự xảy ra và có thể nhìn thấy bằng mắt những nguy cơ và hậu của của những vấn đề sức khỏe cầu mang lại thì chi phí để khắc phụ vấn đề là rất lớn nhất là khi phần cấu trúc quan trọng của cầu hư hại. Hơn thế việc ngưng sử dụng công trình trong thời gian tu sửa là điều bắt buộc. Điều này khiến cho tài chính của khu vực sử dụng cầu bị ảnh hưởng lớn khi giao thông không còn thuận tiện.
Dù biết có rất nhiều cây cầu có vấn đề nhưng không thể nào sửa chữa tất cả các cây cầu cùng lúc. Chính vì vậy cần phải biết vấn đều của cây cầu nào lớn nhất, cần thiết phải can thiệt sớm nhất. Cách tốt nhất để có thể đánh giá sức khỏe công trình cầu chính là theo dõi và giám sát những thay đổi của cây cầu thường xuyên.
Giải pháp giám sát sức khỏe công trình cầu đường.
Giám sát sức khỏe kết cấu công trình kết cấu đang trở nên càng ngày càng phổ biến như một công cụ đánh giá trạng thái của các cấu trúc và nhu cầu bảo trì trong thời gần hay xa. Việc giám sát sức khỏe công trình được coi trọng là do các sự kiện sập cầu thảm khốc đã từng diễn ra và sẽ còn tái diễn trong tương lai.
Với sự ra đời của chip gia tốc kế loại MEMS hiệu suất cao, bộ ghi dữ liệu kênh đơn kết hợp cùng bộ điều chỉnh tín hiệu tích hợp với gia tốc kế MEMS thích hợp.
Với sự ra đời của cảm biến gia tốc MEMS và các loại sensor nhiệt độ, độ ẩm, độ rung việc thu thập và phân tích dữ liệu trở lên dễ dàng hơn. Vì việc quan sát cần diễn ra trong một thời gian dài nên việc lựa chọn những cảm biến thích hợp là một việc rất 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 giai đoạn 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 dưỡng đảm bảo hoạt động bình thường và hoạt động của công trình.
Ví dụ cây cầu đường sắt ở Ả Rập Saudi đã được quan sát trong khoảng 80 giờ để đánh giá tình trạng cấu trúc của nó thông qua hệ thống giám sát dựa trên các thiết bị cảm biến tích hợp. Mục tiêu chính là thu được các phép đo trước, trong và sau khi các đoàn tàu chạy qua cầu. Các kết quả đầu ra được định lượng cụ thể thu được cho phép chẩn đoán để đảm bảo rằng cây cầu duy trì tính toàn vẹn cấu trúc vững chắc của nó trong khi sử dụng.
Sa mạc Ả Rập được đan xen bởi những con sông không có thực sự, cái gọi là wadis đó là những khe núi khô hình thành, nước chỉ đầy nước vào mùa mưa. Cầu cạn Urayja hay còn được đặt tên là OW8 (Cầu qua Wadi số 8) là một trong những cây cầu như vậy bắc qua wadi được tìm thấy trên khắp Vương quốc Ả Rập Xê Út. Nó nằm trong sa mạc trung tâm của Ả Rập Saudi trong vùng Ḩāʼil gần thị trấn nhỏ Urayja – khoảng 565 km hoặc 351 dặm về phía Tây Bắc của thủ đô Riyadh.
OW8 bao gồm bảy nhịp gồm bốn dầm bê tông cốt thép dự ứng lực được phủ bằng bản mặt cầu bê tông cốt thép và tường lan can. Mỗi nhịp dài 20 m, có sáu trụ và hai mố. Gối đỡ là đá nền/đế có thanh neo. Các tấm tròn trên dầm và đá gốc được cho là bằng vật liệu đàn hồi nhưng các chi tiết trên bản vẽ hoàn công không rõ ràng.
Cây cầu được xây dựng vào năm 2013 và các bản vẽ hoàn công được ghi vào tháng 1 năm 2014. Phần được xem xét kỹ lưỡng cho nghiên cứu này là nhịp giữa trụ số 4 (PRT 4) và trụ số 5 (PRT 5), nơi các cảm biến được đặt trên mặt cầu và mạng của dầm. Mặt cầu bao gồm một tấm bê tông cốt thép với một lối đi và có hai bức tường lan can được đúc vào mặt cầu cùng với một bức tường chắn dằn.
Để giám sát cấu trúc cho các số liệu phản hồi theo quy định, một hệ thống giám sát hiện đại đã được cài đặt. Bao gồm:
- Tủ bảo vệ thiết bị điện tử IP67
- Máy tính công nghiệp
- Bộ nguồn cho máy tính công nghiệp
- Ba bộ Ba kim phun điện IOLITE – IOLITE-Power-Injector
Hệ thống thu thập dữ liệu bao gồm:
- 6 cục gia tốc kế 3 trục
- 6 máy đo nghiêng 2 trục
- 8 đồng hồ đo biên dạng bắt-vít
Các thiết bị được nối với nhau bằng cáp mạng Ethernet tiêu chuẩn. Tuy nhiên được khuyến nghị thay thế bằng cáp được bảo vệ (SFTP, CAT5e) và có độ dày dây tối thiểu là 24 AWG. Cáp phải có 4 cặp dây. Khoảng cách tối đa giữa các nút là 50m.
Một bộ cấp nguồn PoE (cấp nguồn qua ethernet) thụ động là cần thiết để hợp nhất tín hiệu EtherCAT và cấp nguồn vào một cáp duy nhất.
Hay như cây cầu Rồng ở Đà Nẵng việc quan trắc rất được coi trọng với hệ thống quan trắc phức tạp gồm cảm biến (sensors) cùng cáp truyền tín hiệu từ tất cả các cảm biến này về thiết bị thu dữ liệu. Thiết bị điện tử, vi xử lý, bộ nhớ, bộ xử lý hình ảnh, bộ lưu trữ, hệ điều hành, màn hình, để tích hợp và chuyển đổi tín hiệu trên đường truyền. Đầu thu nhận tín hiệu lắp đặt dài hạn phục vụ công tác theo dõi trong quá trình sử dụng cuối cùng là phần cứng và phần mềm máy tính để quản lý các dữ liệu của các cảm biến thông qua một Giao diện Người – Máy tính bằng đồ họa dễ dàng sử dụng (GUI).
Tất cả điều được đánh giá định kỳ định kỳ một cách cẩn thận không chỉ cầu Rồng Đà Nẵng mà hiện 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 Huế…; một vài ví dụ liên quan đến hệ thống quan trắc công trình cầu được xây dựng gần đây sẽ được giới thiệu sau đây làm cơ sở so sánh, xây dựng hệ thống quan trắc phù hợp cho cầu dây võng Thuận Phước
Chiến dịch giám sát lớn hay nhỏ tùy quy mô cùng tính chất của công trình mà vạch ra chiến dịch giám sát hoàn thiện. Để làm được điều đó cần phải có một thông số kỹ thuật đáng tin cậy để có thể triển khai cũng như tiết kiệm chi phí.
Về điều quan trọng nhất là cần phải nắm bắt rõ vị trí nên đặt loại thiết thu thập dữ liệu nào và đặt ở đâu.
Các loại cảm biến thông dụng
Cảm biến gia tốc là một thiết bị cảm biến đo gia tốc được đo bằng một gia tốc kế MEMS ba trục bên trong thiết bị được gắn chặt vào khung máy. Quá trình chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số được thực hiện bên trong thiết bị, loại bỏ bất kỳ tiếng ồn nào phát sinh trong hệ thống cáp analog. Một bộ vi xử lý bên trong thiết bị truyền các mẫu gia tốc qua giao thức EtherCAT. Mức độ rung động thấp cần được đo đòi hỏi một máy đo gia tốc với độ ồn cực thấp. Mặc dù tần số thấp được quan tâm hơn, nhưng phải có khả năng phát hiện những thay đổi nhỏ trong tần số rung động.
Cảm biến đo độ nghiêng hoạt động như một máy đo độ nghiêng hai trục để đo góc cuộn và góc dốc – quanh các trục X và Y của nó – với trục Z thiết bị được định vị theo chiều dọc. Độ nghiêng theo hai trục được đo bằng cảm biến độ nghiêng MEMS 2 trục bên trong thiết bị được gắn chặt vào khung máy.
Quá trình chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số được thực hiện bên trong thiết bị, loại bỏ bất kỳ tiếng ồn nào phát sinh trong hệ thống cáp analog. Một bộ vi xử lý bên trong thiết bị truyền các mẫu dữ liệu góc qua giao thức EtherCAT.
Cảm biến đo sức căng là cảm biến đo sức căng được tích hợp vào vỏ sẵn sàng để bắt vít vào cấu trúc. Đầu ra định mức từ cảm biến là 1,5 mV/V cho 1000 vi biến dạng. Cảm biến được kết nối với bộ thu thập dữ liệu kỹ thuật số và truyền dữ liệu qua một bộ thu thập dữ liệu giao thức.
Các cảm biến thường được lắp đặt tại các vị trí quan trọng trên cầu, bao gồm các trụ, dầm và bệ đỡ. Thông thường cảm biến thường được gắn ở dầm cầu vì dầm cầu là một phần rất quan trọng trong việc chuyển trọng tải trọng lượng và lực từ đường bộ lên các trụ và móng của cầu. Dầm cầu là các cột chịu tải và truyền tải tải trọng từ các đường xe lên các bệ đỡ hoặc các trụ cầu. Dầm cầu có thể nằm ngang hoặc nằm dọc theo chiều dài cầu và được đặt giữa các trụ hoặc móng của cầu.
Tùy thuộc vào kiểu cầu và kiến trúc của nó, dầm cầu có thể có nhiều loại khác nhau như dầm liền, dầm dạng ngang, dầm dạng đùn, dầm chữ T, dầm chữ L, dầm đôi, dầm ba hoặc nhiều dầm ghép lại với nhau. Dầm cầu được thiết kế và lắp đặt theo các tiêu chuẩn cấu trúc và an toàn để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho cầu.
Tham khảo cảm biến tại: Lidinco
Thu thập dữ liệu
Dữ liệu được thu thập từ các cảm biến được chuyển đến một trung tâm giám sát cấu trúc, nơi dữ liệu được xử lý và phân tích để đưa ra các cảnh báo về tình trạng của cầu. Các kỹ thuật phổ biến để thu thập dữ liệu bao gồm:
– Các cảm biến gia tốc (accelerometer) để đo lường độ rung của cầu
– Các cảm biến áp suất để đo lường tải trọng trên cầu
– Các cảm biến nhiệt để đo lường nhiệt độ của cầu
– Các cảm biến đo khoảng cách để đo lường sự biến dạng của cầu.
Các hệ thống SHM có thể được cấu hình để tự động phát hiện các vấn đề về sức khỏe của cầu và cung cấp cảnh báo kịp thời cho các nhà quản lý cầu để có thể giám sát, bảo trì và sửa chữa cầu một cách hiệu quả.
Liên hệ tư vấn giải pháp
Lidinco là công ty chuyên cung cấp các loại cảm biến giám sát, thu thập thông tin cùng tư vấn giải pháp đo tốt nhất cho các công trình kiến trúc dự án, cá nhân, doanh nghiệp.
Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.
Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com
