Luận án Nghiên cứu giải pháp công nghệ quan trắc chuyển vị công trình cầu trong điều kiện Việt Nam

hoặc sóng 3G liên tục phát ra tín hiệu cải chính, số cải chính này sẽ được truyền tới các máy di động nhằm mục đích hiệu chỉnh vị trí để đạt được độ chính xác cao. Phạm vi hoạt động của máy Rover so với máy Base lên tới 10km với sóng Radio link và lớn hơn với sóng 3G trong điều kiện thuận lợi. Hình 3. 1: Ứng dụng phương pháp GNSS - RTK cho cầu dây văng [43] Trong quan trắc chuyển dịch công trình cầu dây văng, phương pháp GNSS có một số ưu điểm so với các phương pháp đo đạc mặt đất như: + Tốc độ đo nhanh, cung cấp thường xuyên, liên tục số liệu chuyển dịch theo ba phương của cầu trong cả ngày lẫn đêm với thời gian thực. Các kết quả đo này góp 56 phần cung cấp các thông tin có độ tin cậy cao, tức thời về phản ứng của kết cấu cầu dưới tác động của các yếu tố môi trường, của áp lực giúp các cơ quan quản lý kịp thời phát hiện, dự báo các yếu tố bất thường của cầu để từ đó có các biện pháp khắc phục. + Đặc biệt hệ thống GNSS còn theo dõi các ứng xử của cầu 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 thể giám sát được. + Phương pháp GNSS giúp khắc phục hạn chế của các phương pháp truyền thống như không phải phân luồng giao thông, dừng xe. + Áp dụng GNSS trong quan trắc cầu đem lại hiệu quả kinh tế vì nó không tốn thời gian, đảm bảo an toàn cho nhân lực tham gia, không cần một lượng lớn nhân công, không cần sự thông hướng, có thể tự động đo trong điều kiện khó khăn tại hiện trường đặc biệt là không bị giới hạn bởi chiều dài, chiều cao công trình. Mặc dù có những ưu điểm như trên nhưng quan trắc chuyển vị bằng GNSS cũng có những hạn chế nhất định như: yêu cầu tại các trạm thu phải có sự thông thoáng lên bầu trời, độ chính xác của kết quả đo phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh và phương pháp tính toán. Độ chính xác xác định độ cao tức thời của điểm đo không cao. Số lượng dữ liệu đo lớn, phương pháp lưu trữ, xử lý, phân tích dữ liệu quan trắc phức tạp. Một số máy GNSS đo được phương pháp RTK được thể hiện trên Bảng 3.1 Bảng 3. 1: Một số loại máy thu GNSS STT Loại máy Hãng sản xuất Phương Sai số phương ngang, phương đứng Tần số tối đa (Hz) 1 GMX902 GNSS Leica Ngang 10mm+ 1ppm 50 Thẳng đứng 20mm+ 1ppm 2 GMX910 Leica Ngang 8mm+ 1ppm 10 Thẳng đứng 15mm+ 1ppm 3 GMX30 Leica Ngang 8mm+ 1ppm 50 Thẳng đứng 15mm+ 1ppm 4 GRX1 Sokkia Ngang 10mm+1ppm 20 Thẳng đứng 15mm+1ppm 57 STT Loại máy Hãng sản xuất Phương Sai số phương ngang, phương đứng Tần số tối đa (Hz) 5 GRX2 Sokkia Ngang 10mm+1ppm 20 Thẳng đứng 15mm+1ppm 6 HiPerV Topcon Ngang 10mm+1ppm 20 Thẳng đứng 15mm+1ppm 7 HiPerSR Topcon Ngang 10mm+1ppm 20 Thẳng đứng 15mm+1ppm 8 GRS- 1 Topcon Ngang 10mm+1ppm 100 Thẳng đứng 15mm+1ppm 9 NET-G3A Topcon Ngang 10mm+1ppm 100 Thẳng đứng 15mm+1ppm 10 R8s Trimble Ngang 8mm + 1ppm 20 Thẳng đứng 15 mm + 1 ppm 11 R9s Trimble Ngang 8mm + 1ppm 20 Thẳng đứng 15 mm + 1 ppm 12 R10 Trimble Ngang 8 mm + 1 ppm 20 Thẳng đứng 15 mm + 1 ppm 3.2.2. Bố trí lắp đặt máy thu GNSS trong quan trắc chuyển dịch cầu dây văng Để theo dõi chuyển dịch cầu dây văng, phương pháp GNSS - RTK được áp dụng gồm có trạm Base và trạm Rover. Trạm Base được đặt tại điểm đã biết tọa độ, được xây dựng kiên cố, đặt trên nền đá gốc, có độ ổn định cao, thông thoáng và bố trí ngoài phạm vi ảnh hưởng của độ chuyển dịch công trình (Hình 3.2). Trạm Rover được đặt tại các vị trí nhạy cảm với các thay đổi về độ cứng của kết cấu cầu, phải phản ánh được các dao động thực của cầu. Đó là điểm đặc trưng của cầu như đỉnh tháp, chân tháp, giữa nhịp chính, ¼ nhịp chính, ¾ nhịp chính. 58 Hình 3.2: Sơ đồ bố trí trạm Base tại cầu Cần Thơ [28] Hệ thống GNSS bố trí trên cầu dây văng thể hiện trên Hình 3.3, Hình 3.4, Hình 3.5. Hình 3. 3: Bố trí thiết bị quan trắc trong đó có GNSS trên cầu Bạch Đằng [26] Hình 3. 4: Anten máy thu GNSS trên đỉnh tháp [28] 59 Hình 3. 5: Anten máy thu GNSS trên bản mặt cầu [28] Các bộ phận chính trong hệ thống quan trắc liên tục có lắp đặt GNSS gồm: - Anten GNSS và máy thu GNSS Hình 3. 6: Anten và máy thu GNSS Các đầu thu GNSS chủ yếu là của hãng Trimble, Leica,... Các thiết bị này có thể đo dữ liệu có độ chính xác cao, liên tục. - Hệ thống thu nhận và chuyển đổi dữ liệu Hệ thống này có nhiệm vụ thu nhận, hiệu chỉnh, chuyển đổi và truyền dữ liệu tới máy tính. Dữ liệu GNSS sau khi chuyển đổi thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu tương tự sẽ được truyền tới bộ hiệu chỉnh và biến đổi của phần cứng. Tại đây các tín hiệu 60 này sẽ được biến đổi thành dạng số để máy tính có thể làm việc. Các bộ thu nhận dữ liệu phải có bộ nhớ đệm để làm bộ nhớ tạm thời khi tính toán và lưu trữ trong một khoảng thời gian nhất định trước khi truyền đi. - Hệ thống truyền dẫn dữ liệu Dữ liệu sau khi thu thập, phân tích sẽ được truyền dẫn trực tiếp hoặc qua mạng đến khối điều khiển trung tâm. + Thiết bị truyền dẫn dữ liệu trực tiếp Việc truyền dữ liệu bằng các dây dẫn hoặc qua cáp quang rất thông dụng. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, nguyên lý truyền tín hiệu của sợi cáp quang dựa trên phản xạ ánh sáng toàn phần và công nghệ mã hóa thông tin vào các xung ánh sáng có các bước sóng khác nhau. Do đó mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao, truyền xa hơn so với truyền dẫn bằng dây cáp đồng. + Thiết bị truyền dẫn dữ liệu qua mạng Sử dụng hệ thống truyền dẫn dữ liệu thông qua mạng không dây, mạng cục bộ (LAN) hoặc hệ thống mạng Internet đến các máy trạm giúp khắc phục được các khiếm khuyết của truyền dẫn trực tiếp. Hiện nay, trên thế giới, đối với các cầu dây văng lớn, khi phải xử lý, quản lý, phân tích số liệu quan trắc ở nhiều nơi khác nhau với khoảng cách rất xa lên đến hàng nghìn km thì thiết bị truyền dẫn trực tiếp không còn được áp dụng phổ biến nữa vì nhược điểm của nó là bị hạn chế về khoảng cách truyền, gặp nhiều khó khăn trong lắp đặt, vận hành, bảo trì hệ thống cáp và chi phí cao. Song ở Việt Nam, việc truyền dữ liệu bằng mạng vẫn bị hạn chế do hệ thống mạng thường không ổn định cho nên đối với hệ thống SHM của cầu hệ dây chủ yếu là truyền dữ liệu bằng cáp quang. - Phần mềm xử lý số liệu quan trắc Một số phần mềm xử lý số liệu quan trắc như Leica GNSS Spider của hãng Leica, 3D TRACKER của Condor Earth Technologies Inc, GOCA (GPS-based Online Control and Alarm), INTETRAK by Orion Monitoring Systems Inc, Trong đó phần mềm Leica GNSS Spider được sử dụng thông dụng hơn cả. Phần 61 mềm này được thiết kế cho Leica GR/GM series, GNSS 1200, GNSS 900, GPS 500 với một hoặc nhiều trạm tham chiếu và nhiều trạm quan trắc. Phần mềm Spider gồm 2 phần cơ bản: phần 1 là GNSS Spider thực hiện các tính toán cơ bản của trạm tham chiếu và trạm quan trắc trong hệ tọa độ WGS - 84, tọa độ tương đối được tính theo thời gian thực; trung bình theo phút, giờ, ngày tháng. Phần 2 là Monitoring nhận kết quả tính toán từ Spider, chuyển kết quả sang hệ tọa độ địa phương hoặc hệ tọa độ công trình, chuyển cơ sở dữ liệu đến máy chủ, quản lý tập tin. Sự kết nối dữ liệu của GNSS - RTK trong quan trắc chuyển dịch công trình cầu được thể hiện trên Hình 3.7. Hình 3. 7: Sơ đồ kết nối dữ liệu của GNSS - RTK trong quan trắc cầu [28] Trước khi hệ thống SHM trong đó có GNSS hoạt động, phần mềm hệ thống phải cài đặt các thông số về trạm base, trạm rover, hệ tọa độ, trạng thái “0” của máy rover và phải thiết lập các giá trị tới hạn. Các giá trị tới hạn này được sử dụng trong đánh giá tình trạng của cầu, trong cảnh báo giao thông và kiểm tra lại thiết kế. Các giá trị này có thể được thay đổi trong quá trình sử dụng cầu. Tất cả các giá trị đo GNSS đều được lưu ở máy tính dưới dạng số, sau khi cài đặt các thông số cơ bản thì màn hình sẽ hiển thị kết quả đo một cách trực quan dưới dạng biểu đồ quan hệ giữa thời gian và chuyển dịch (Hình 3.8, Hình 3.9). 62 Hình 3. 8: Màn hình thời gian thực (Realtime), xử lý thống kê (Statistic)[28] Hình 3. 9: Màn hình xử lý thống kê (1giờ, 1ngày) [28] 3.3. Nghiên cứu đánh giá độ chính xác quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu dây văng bằng phương pháp GNSS - RTK trong điều kiện Việt Nam. Độ chính xác giá trị hiệu độ cao GNSS tại 1 điểm theo thời gian khi đo bằng GNSS - RTK được tính toán và đánh giá độ chính xác này có đáp ứng yêu cầu phân tích, dự báo tình trạng cầu. 63 3.3.1. Quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu dây văng bằng phương pháp GNSS - RTK Khi quan trắc chuyển dịch cầu dây văng bằng GNSS, giá trị thu được là độ cao trắc địa Mtđ H (độ cao của điểm đó so với bề mặt Ellipxoid WGS-84 theo phương pháp tuyến), trong khi đó hệ độ cao được sử dụng phổ biến trong quan trắc công trình cầu ở nước ta là hệ độ cao thường Mt H (độ cao của điểm so với mặt Kwadigeoid theo phương đường dây dọi). Nếu bỏ qua độ lệch dây dọi thì mối quan hệ giữa độ cao trắc địa và độ cao thường được thể hiện qua hình công thức sau: 𝐻𝑡𝑀 = 𝐻𝑡đ𝑀 + ξ (3.1) Mt H : Độ cao thường tại điểm quan trắc M Mtđ H : Độ cao trắc địa ξ: Dị thường độ cao Hình 3. 10: Độ cao của một điểm quan trắc tại thời điểm i và j Vì độ chính xác khi xác định dị thường độ cao không cao nên độ cao thường tại của một điểm được tính từ công thức (3.1) sẽ có độ chính xác không cao. Tuy nhiên trong quan trắc chuyển dịch cầu dây văng, giá trị quan trắc theo phương đứng bằng GNSS là giá trị độ cao trắc địa của một điểm tại các thời điểm khác nhau, và các chuyên gia chủ yếu chỉ quan tâm đến giá trị biên độ của các dao động, hoặc hiệu độ cao của một điểm tại các thời điểm đo khác nhau. Lúc này sẽ có: - Đối với điểm M tại thời điểm i: 𝐻𝑡𝑀𝑖 = 𝐻𝑡đ𝑀𝑖 + ξ 64 - Đối với điểm M tại thời điểm j: 𝐻𝑡𝑀𝑗 = 𝐻𝑡đ𝑀𝑗 + ξ Vì dị thường độ cao của một điểm tại các thời điểm đo khác nhau có giá trị bằng nhau nên nếu lấy hai biểu thức trên trừ cho nhau sẽ có: 𝑆 = 𝐻𝑡𝑀𝑗 − 𝐻𝑡𝑀𝑖 = 𝐻𝑡đ𝑀𝑗 − 𝐻𝑡đ𝑀𝑖 → ∆𝐻𝑡 = ∆𝐻𝑡đ (3.2) với S là độ lún điểm quan trắc M ở thời điểm i và j. Tài liệu [55] đã ước tính độ chính xác của hiệu độ cao trắc địa giữa hai điểm qua công thức sau: 𝑚ℎ = √ 𝑆2 𝑅2 𝑚𝑘 2 + 𝑚∆ 2 (3.3) trong đó 𝑆 = √∆𝑋2 + ∆𝑌2 + ∆𝑍2 là khoảng cách nghiêng giữa các điểm Thông thường, sai số trung phương tọa độ của điểm được lấy là 𝑚𝑘 = 3𝑚 và 𝑚∆ = 5𝑚𝑚 + 1 ∗ 𝐷 ∗ 10 −6. Vì R là bán kính trái đất (𝑅 ≈ 6371𝑘𝑚) có giá trị rất lớn so với S là khoảng cách giữa các điểm nên tỷ số của số hạng thứ nhất trong công thức (3.3) rất nhỏ gần bằng 0 dẫn đến sai số trung phương chênh cao trắc địa sẽ gần bằng sai số trung phương tọa độ (mΔ). Điều này được thể hiện trong hình 3.11 sau: Hình 3. 11: Sai số trung phương chênh cao và tọa độ của các điểm [55] Như vậy từ các minh chứng trong tài liệu [55] có thể suy ra trong trường hợp quan trắc chuyển dịch theo phương đứng tại một điểm trên cầu dây văng thì sai số trung phương hiệu độ cao trắc địa sẽ có giá trị rất nhỏ. Từ các nghiên cứu trên có thể thấy giá trị hiệu độ cao đo bằng GNSS - RTK của một điểm tại hai thời điểm khác nhau có thể xem bằng giá trị hiệu độ cao chuẩn. Nói cách khác, khi tính toán đánh giá tình trạng cầu, kết quả biên độ dao động hay hiệu 65 độ cao của một điểm tại các thời điểm đo khác nhau sẽ không bị ảnh hưởng bởi dị thường độ cao [46]. Khi quan trắc chuyển dịch thường xuyên, liên tục kết cấu công trình cầu dây văng bằng phương pháp GNSS - RTK, hiện tượng số liệu quan trắc bị nhiễu chắc chắn sẽ xảy ra. Nếu không xử lý các số liệu này sẽ làm cho kết quả phân tích dữ liệu, kết quả đánh giá và dự báo tình trạng làm việc của cầu không chính xác. Vì vậy trong quá trình xử lý số liệu thì cần thiết phải lọc nhiễu số liệu quan trắc trước khi lưu trữ và phân tích số liệu. 3.3.2. Ứng dụng phương pháp trung bình động trong lọc nhiễu số liệu GNSS- RTK Do chiều dài và độ mảnh nhịp chính cầu dây văng lớn nên độ ổn định và độ cứng của cầu không cao. Dưới tác động của tải trọng động mà chủ yếu ở đây là sự tác động của các phương tiện giao thông di chuyển trên cầu dẫn đến cầu bị dao động lớn và liên tục nhất là phương đứng của điểm giữa nhịp chính (Hình 3. 12). Hình 3. 12: Số liệu quan trắc chuyển dịch cầu dây văng theo phương đứng Qua hình vẽ có thể nhận thấy dữ liệu quan trắc chuyển dịch theo phương này luôn biến đổi theo xu hướng chu kỳ [43]. Chính vì các lý do trên nên trong luận án đã sử dụng lọc nhiễu số liệu quan trắc kết cấu cầu bằng phương pháp giá trị trung bình động vì phương pháp này được dùng rất phổ biến khi làm mượt các số liệu mang tính biến động phức tạp, giúp các chuyên gia có thể nhận định được xu hướng dao động của kết cấu cũng như nâng cao độ chính xác kết quả quan trắc công trình [70]. Giá trị trung bình động của kết quả đo chuyển dịch được xác định như sau [25]: x = (lt+ lt – 1 + lt – 2 + + lt – n + 1)/n (3.4) 42,45 42,5 42,55 42,6 42,65 42,7 1 1 6 3 1 4 6 6 1 7 6 9 1 1 0 6 1 2 1 1 3 6 1 5 1 1 6 6 1 8 1 1 9 6 2 1 1 2 2 6 2 4 1 2 5 6 2 7 1 2 8 6 3 0 1 3 1 6 3 3 1 3 4 6 3 6 1 3 7 6 3 9 1 4 0 6 Đ ộ c ao ( m ) Số mẫu Số liệu GNSS - RTK theo phương Z 66 x là giá trị trung bình động tại thời điểm t. lt là giá trị đo chuyển dịch tại thời điểm t. n là số thời điểm tính trung bình động 3.3.3. Nghiên cứu đánh giá độ chính xác phương pháp GNSS - RTK trong quan trắc chuyển dịch theo phương đứng cầu dây văng 3.3.3.1. Đánh giá độ chính xác phương pháp GNSS - RTK trong quan trắc chuyển dịch cầu dây văng theo phương đứng - trường hợp cầu chưa thông xe Để đánh giá độ chính xác số liệu đo chuyển dịch GNSS - RTK theo phương đứng, dùng phương pháp đối chiếu số liệu đo dao động cầu bằng GNSS với số liệu đo trên thước trượt. Thước trượt dài 60cm, có vạch khắc chính xác đến mm, lắp trên chân máy và có thể di chuyển theo phương đứng bằng tay quay. Trước khi đo, thước trượt đã được kiểm nghiệm và coi như không có sai số. Để lấy số liệu thực nghiệm, máy rover được gắn trên thước trượt và được đặt tại các điểm đặc trưng của cầu. Tại mỗi vị trí của thước trượt, máy thu tín hiệu trong một khoảng thời gian nhất định, đồng thời đọc giá trị trên thước. Kết quả đo GNSS - RTK là các giá trị độ cao của một điểm quan trắc tại các vị trí của thước. Tiếp theo xác định được độ lệch theo phương đứng giữa giá trị đo trên thước trượt với hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau. Sau khi có được kết quả đo GNSS là độ cao của một điểm quan trắc ở các thời điểm đo khác nhau tiến hành đánh giá độ chính xác của kết quả đo theo các yếu tố: - Sai số trung phương của hiệu độ cao tại hai thời điểm liên tiếp. - Sai số trung phương của một lần đo tại mỗi thời điểm đo. - Sai số trung phương của một lần đo trong trị đo kép. Các yếu tố này được so sánh với sai số cho phép trong quan trắc chuyển dịch cầu dây văng theo phương đứng. Nếu sai số trung phương tính được từ số liệu quan trắc nhỏ hơn hoặc bằng sai số cho phép thì kết quả đo đạt yêu cầu độ chính xác. Và ngược lại nếu sai số trung phương tính được từ kết quả đo lớn hơn sai số cho phép thì kết quả đo không đạt yêu cầu. Trong quá trình quan trắc cầu dây văng ở giai đoạn khai thác, sai số cho phép trong chuyển dịch cầu bằng 1/10 đến 1/20 lần giá trị chuyển dịch cho phép [7]. Giá trị chuyển dịch cho phép của nhịp chính cầu được lấy từ bản thiết kế công trình. 67 a. Sai số trung phương của hiệu độ cao một điểm tại hai thời điểm liên tiếp Hiệu độ cao của một điểm quan trắc giữa hai thời điểm đo liên tiếp nhau được so sánh với số liệu đo trên thước trượt. Sai số trung phương của hiệu độ cao một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau được tính theo các bước sau: + Độ cao trung bình giá trị đo GNSS - RTK tại mỗi vị trí của thước trượt: 𝐻𝑡𝑏 = [𝐻𝑖] 𝑛 (3.5) trong đó: Hi là độ cao được đo bằng GNSS - RTK ở lần đo thứ i. n là số lần quan trắc. + Hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau được tính theo công thức sau: ∆𝐻(𝑗−1,𝑗) = 𝐻𝑡𝑏(𝑗) − 𝐻𝑡𝑏(𝑗−1) (3.6) Htbj: Độ cao trung bình tại vị trí (j) khi trượt thước. Htb(j-1): Độ cao trung bình tại vị trí (j-1) khi trượt thước. + Xác định độ lệch theo phương đứng giữa giá trị đo trên thước trượt với hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau: ∆𝐷(𝑗−1,𝑗) = 𝐷𝑡ℎướ𝑐(𝑗−1,𝑗) − ∆𝐻(𝑗−1,𝑗) (3.7) + Do thước thép có độ chính xác cao hơn nên độ lệch giữa giá trị đo trên thước trượt với hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau (∆D) được coi là sai số thực. Sai số trung phương kết quả đo được tính theo công thức Gauss [4]: 𝑚∆𝐻 = ±√ [∆𝐷∆𝐷] 𝑡 (3.8) t là số lần tính hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau. b. Sai số trung phương của một lần đo tại mỗi thời điểm đo Tại mỗi vị trí của thước trượt, một điểm quan trắc trên cầu được đo liên tục bằng GNSS - RTK trong một khoảng thời gian nhất định. Để đánh giá độ chính xác kết quả đo theo phương đứng của phương pháp GNSS - RTK, sai số trung phương của một lần đo độ cao tại một vị trí thước được tính toán như sau: - Độ cao trung bình giá trị đo bằng GNSS - RTK tại mỗi vị trí của thước trượt được tính theo công thức (3.5). - Tính số hiệu chỉnh của kết quả đo: 𝑣𝑖 = 𝐻𝑡𝑏 − 𝐻𝑖 (3.9) 68 -Xác định sai số trung phương của một lần đo theo công thức Bessel [4]: 𝑚𝐻 = ±√ [𝑣𝑣] 𝑛−1 với n là số lần đo (3.10) c. Xác định sai số trung phương của một lần đo trong trị đo kép Do hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau được đo đi, đo về và tạo thành một cặp trị đo kép, nên khi đo tại các vị trí khác nhau của thước sẽ được một dãy các trị đo kép. Vì vậy, cần thiết phải đánh giá độ chính xác các trị đo trong dãy trị đo kép. Theo tài liệu [4], các trị đo kép được đo độc lập và cùng độ chính xác, dãy kết quả đo được mô tả như sau: H1(H1 ′ , H1 ′′), H2(H2 ′ , H2 ′′), Hn(Hn1 ′ , Hn1 ′′ ) Khi đó, sai số giữa hiệu độ cao của một điểm đo đi và đo về: 𝑑𝑖 = 𝐻𝑖 ′+𝐻𝑖 ′′ (3.11) trong đó: H’i là hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau khi đo đi; H”i là hiệu độ cao của một điểm tại hai thời điểm đo liên tiếp nhau khi đo về. Sai số trung phương của từng trị đo trong trị đo kép được tính theo công thức: 𝑚𝐻 = ±√ [𝑑𝑑] 2𝑛1 (3.12) với n1 là số cặp trị đo kép. Sau khi tính được sai số trung phương của hiệu độ cao một điểm tại hai thời điểm liên tiếp nhau, sai số trung phương của một lần đo tại mỗi thời điểm đo, sai số trung phương của một lần đo trong trị đo kép tiến hành so sánh lần lượt sai số trung phương tính được với sai số cho phép trong quan trắc để kết luận độ chính xác kết quả quan trắc chuyển dịch cầu theo phương đứng bằng phương pháp GNSS - RTK. 3.3.3.2. Đánh giá độ chính xác phương pháp GNSS - RTK trong quan trắc chuyển dịch cầu dây văng theo phương đứng - trường hợp cầu đã thông xe Khi các phương tiện giao thông di chuyển trên cầu thì phương đứng của điểm giữa nhịp chính cầu dây văng thường dao động lớn và liên tục nên không thể dùng giá trị trung bình cộng để tham gia vào việc đánh giá độ chính xác kết quả đo. Vì vậy, giá trị trung bình động với chuỗi thời gian được lựa chọn để tính giá trị trung bình các kết quả quan trắc. Giá trị trung bình động được tính theo công thức (3.4). 69 Số hiệu chỉnh của chuyển dịch được xác định như sau: vt = x - lt (3.13) Độ chính xác kết quả đo được đánh giá bằng cách xác định sai số trung phương của một lần đo theo công thức (3.10). Độ chính xác của phương pháp GNSS - RTK được đánh giá thông qua việc so sánh sai số trung phương xác định chuyển dịch với sai số cho phép. Số liệu quan trắc bằng GNSS - RTK đạt yêu cầu về độ chính xác, sẽ được tính toán xử lý, phân tích chuyển dịch cầu, từ đó xác định tình trạng làm việc của cầu. 3.4. Tổ chức quan trắc và xác lập cơ sở dữ liệu quan trắc kết cấu cầu dây văng Trong quá trình quan trắc kết cấu cầu, các cảm biến thuộc hệ thống SHM sẽ đo đạc và thu thập được rất nhiều loại dữ liệu khác nhau gồm có dữ liệu về tải trọng động là các nguồn tác động đến sự làm việc của cầu và dữ liệu về đáp ứng kết cấu cầu là các phản ứng của cầu khi chịu các tác động trên. Dữ liệu của tải trọng động là các tham số môi trường như gió, nhiệt độ, động đất, mưa, độ ẩm, tải trọng của xe cộ đi lại trên cầu. Dữ liệu về đáp ứng kết cấu cầu gồm có chuyển vị, gia tốc, ứng suất, biến dạng, nội lực trong các bộ phận kết cấu. Nhằm thu thập được đầy đủ, chính xác các thông tin cần thiết cho việc theo dõi tình trạng làm việc của cầu thì cần thiết phải lựa chọn các nội dung quan trắc kết cấu cầu dây văng trong giai đoạn khai thác sử dụng cũng như tổ chức quan trắc theo các nội dung này thật hợp lý, tiết kiệm. Nội dung quan trắc chủ yếu phụ thuộc vào kết cấu cầu, tính chất cơ học, điều kiện môi trường xung quanh. Như vậy ứng với mỗi cầu sẽ có một nội dung quan trắc phù hợp với nó. Việc tổ chức quan trắc kết cấu theo các nội dung đã xác định gồm có bố trí, lắp đặt các cảm biến tại các vị trí thích hợp trên cầu, xác lập cơ sở dữ liệu sau quan trắc và quy trình hoạt động của hệ thống quan trắc kết cấu. Dưới đây sẽ là phần tổ chức quan trắc và cơ sở dữ liệu có được theo nội dung quan trắc ở phần lớn các cầu dây văng. 3.4.1. Tổ chức quan trắc và xác lập cơ sở dữ liệu quan trắc kết cấu cầu dây văng 3.4.1.1. Đo tải trọng động tác động đến cầu dây văng - Đo gió: Những cảm biến đo gió thuộc dạng thiết bị siêu âm, thường được đặt tại đỉnh trụ tháp, trên mặt cầu tại điểm giữa nhịp chính cầu. Dữ liệu thu thập được sau khi đo có thể là vận tốc gió, sự phân bố của hướng gió, phổ gió hỗn loạn, đường tốc độ gió giật, quan hệ giữa gió đứng và gió ngang, biểu đồ gió trung bình và gió giật,... 70 - Đo nhiệt độ: Nhiệt độ không khí được theo dõi thông qua các cảm biến thường được bố trí trên mặt cầu và đỉnh trụ tháp cầu. Ngoài ra, nhiệt độ bên trong các bộ phận của kết cấu cầu như dầm, cột tháp, dây cáp văng được xác định bằng các bộ cảm biến nhiệt nằm dọc theo dầm, trên các mặt cắt ngang cột tháp và trong dây cáp. Kết quả thu được là nhiệt độ không khí, nhiệt độ dầm chủ, cột tháp, dây cáp, mặt đường. - Đo độ ẩm môi trường bằng cảm biến thường được lắp đặt tại đỉnh tháp cầu và trên mặt cầu. - Đo lượng mưa trên cầu với cảm biến đặt tại điểm giữa nhịp chính. - Cảm biến đo rung động địa chấn là các máy gia tốc kế được đặt ở móng mỗi cột tháp hoặc móng khối neo nhằm đo phổ gia tốc của đất nền từ đó đánh giá tác động của tải trọng động đất lên cầu. - Muốn dò tìm sự ăn mòn kim loại và gỉ của cốt thép trong kết cấu trụ và bản mặt cầu thì những cảm biến macropar thường được lắp đặt sẵn tại các bộ phận này. - Kiểm soát tình trạng xói lở xung quanh móng mố trụ cầu, các công trình bảo vệ cầu, kè hướng dòng,... Một số thiết bị được sử dụng là máy đo sâu hồi âm, máy đo cao độ và tốc độ dòng nước. - Hệ thống cân đếm xe tự động WIM được sử dụng với mục đích xác định các đặc tính của xe khi chạy trên đường như trọng lượng từng xe, phân bố tải trọng trục, phổ tải trọng khai thác. Hệ thống này thường được đặt cố định tại các trạm trên đường hoặc đường dẫn vào cầu. - Các Camera kiểm soát giao thông trên cầu bằng hình ảnh dùng để ghi nhận mật độ giao thông, phân loại phương tiện, các thông tin về dòng xe (lưu lượng, tốc độ,..) trên cầu theo thời gian vào mọi thời điểm, thường được đặt tại trụ tháp với độ cao khoảng 15-25m so với mặt đường. Như vậy với những cảm biến được lắp đặt trên cầu dây văng thì các các ngoại lực tác động đến cầu như vận tốc gió, hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, tải trọng đất do động đất gây nên, tải trọng xe cộ,... được xác định và nó sẽ là các yếu tố đầu vào cho quá trình phân tích, đánh giá tình trạng cầu dây văng. 71 3.4.1.2. Đo đáp ứng của kết cấu cầu - Theo dõi độ võng của dầm, sự chuyển vị tại khe co giãn của dầm chủ bằng một số cảm biến đo chuyển vị laser được đặt tại các mặt cắt ngang dầm, khe co giãn. - Quan trắc chuyển dịch tổng quát của cầu theo cả 3 phương X, Y, Z nhờ sử dụng hệ thống GNSS được đặt tại các điểm đặc trưng của cầu dây văng như tại điểm ½ nhịp chính, ¼ nhịp chính, đỉnh cột tháp cầu. - Việc xác định lực căng của dây cáp chủ, bó cáp văng được thực hiện là nhờ một vài cảm biến được lắp đặt trên các dây cáp văng. - Độ nghiêng của các đỉnh trụ tháp được quan trắc dựa vào các cảm biến đặt trên đỉnh cột tháp. Nếu các trụ tháp cao có thể bố trí thêm một số điểm đo dọc theo trụ tháp. Độ nghiêng của trụ tháp theo các phương dọc, phương ngang cầu cần phải được xác định nhằm đánh giá được hiện tượng vặn xoắn của trụ tháp. - Đo dao động cả 3 phương X, Y, Z của dầm chủ, của cột tháp do gió, xe cộ qua cầu, tác động của địa chấn hay dao động của dây cáp do gió, mưa gây nên hoặc dao động xoắn của dầm bằng các gia tốc kế. Vị