وبلاگ

شناسایی سیستم­های سازه­ای یکی از موضوعات پویا در محدوده­ مهندسی زلزله است [1]. روش­های شناسایی سازه به طور مشخص از تئوری در دو زمینه­ پردازش سیگنال و دینامیک سازه بهره می­گیرند که در این میان سیگنال نقش مهمی را ایفا می­ کند [1]. لذا در تحقیق پیش­رو تلاش داریم تا با بهره گرفتن از تبدیل هیلبرت در قیاس با دیگر تبدیلات ریاضی از جمله فوریه به بررسی و تحقیق درباره تعیین خسارت در تیرهای بتنی بپردازیم.
1-2 کلیات تحقیق
در آزمایشات مبتنی بر ارتعاش، فرض بر این است که اختلال در یک سیستم سازه­ای باعث ایجاد تغییرات درسیگنال­های ارتعاشی اندازه ­گیری شده خواهد شد. بنابراین کمیت­های فیزیکی مرتبط و حساس به خواص سازه­ای مورد نظر برای اهداف کنترل باید انتخاب شود [1].اَنجام آزمایش­های لرزه­ای بر روی سازه­ها مطمئن­ترین راه برای تعیین خواص دینامیکی آنهامی­باشد. این آزمایشات در سال­های اخیر در کشورهای پیشرفته به عنوان روشی قابل قبول برای شناخت خواص سازه­ها به دَفعات مورد استفاده قرار گرفته است ودر ایران نیز نمونه­هایی از این آزمایشات انجام گرفته است.تبدیلِ هیلبرت به عنوان روشی نوظهور در پردازش سیگنال نامانا و غیرخطی توسعه داده شده است [2].
اخیراً با گسترش این روش، روش­های شناسایی سازه­ای نیز براساس آن پیشنهاد شده است [1]. تبدیل هیلبرت از دوبخش تجزیه تجربی مُودی و تحلیل طیفی هیلبرت تشکیل شده است.برای اِرتقاء عملکرد تبدیل هیلبرت تاکنون تحقیقات زیادی صورت پذیرفته امّا بیشتر تمرکز این تحقیقات بر روی قسمت تجزیه مودی بوده [3و4] و برروی قسمت تحلیل طیفی هیلبرت کار نسبتاً کمتری انجام شده است[5]. پاسخی که برای استفاده از روش مورد نظر این پروژه است،مقادیرجنبشی قابل اندازه ­گیری در تست ارتعاشی، داده های شتاب می باشد.
1-3 خلاصه ­ای بر پایش سلامتی سازه
پایش سلامتی سازه­ها در دهه­های اخیر به دلیل افزایش نیاز به پایش دایم سازه­های بزرگ به زمینه تحقیقاتی مناسب تبدیل شده است.شناسـایی آسیب در یک سازه از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا کشف زود هنگام آسیب می ­تواند از خرابی فاجعه­بار سازه جلوگیری کند. شناسایی آسیب بدون نیاز به تخریب سازه با بهره گرفتن از پاسخ­های فرکانسی توجه علاقمندان زیادی را در دهه­ اخیر به خود جلب کرده است.

تغییر در مشخصات فیزیکی سازه­ها مثل سختی ،جرم و میرایی به علت آسیب، پاسخ­های فرکانسی سازه را تغییر می­دهد. اصل اساسی بیشتر روش­های شناسایی آسیب این است که آسیب موجود در سازه­ها، خواص سختی، جرم و خواص استهلاك انرژی سیستم را که با بهره گرفتن از پاسخ دینامیکی اندازه ­گیری شده سیستم بدست می­آید، تغییر خواهد داد.
این شناسایی می ­تواند برای درنظرگرفتن اقدامات احتیاطی انجام شود تا در صوررت لزوم برای کار تعمیر و نگهداری سازه برنامه ­ریزی کنیم. بطور سنتی برای شناسایی آسیب در سازه­های عمرانی از بازرسی­های چشمی استفاده می­ کنند.
تشخیص آسیب در سازه­های بزرگ به روش بصری محیطی امری هزینه­بَر و غیر مؤثر به حساب می­آید. لذا به این دلیل روشی که بتواند به صورت مؤثر رخداد آسیب را شناسایی و محل آن را معلوم کند مورد نیاز است.بنابراین، روش­های غیرمستقیمی که بتوانند به طور مداوم سازه را پیش از آنکه به وضعیت بحرانی برسد برای تشخیص مشکلات آن بازرسی کنند، ضرورت دارند.پایش سلامتی سازه،پاسخ سازه را تحت انواع بارگذاری کنترل شده و کنترل نشده تحلیل می­ کند.
1-4 کلمات کلیدی به کار برده شده در این پروژه
این فصل با تعریف اصطلاحات به کار رفته در این پروژه ادامه می­یابد.
1-4-1 آسیب
آسیب می ­تواند به عنوان تغییرات وارد شده به یک سیستم که در عملکرد حال وآینده سیستم تأثیر منفی می­گذارد، تعریف شود. معنی ضمنی این تعریف این است که آسیب در مقایسه بین دو حالت سیستم که یکی از آنها حالت اولیه­ی سیستم، که اغلب حالت آسیب ندیده است وحالت دوم که حالت آسیب دیده سیستم است، تعریف می­ شود.
این تحقیق، روی مطالعه­ شناسایی آسیب در سیستم­های سازه­ای تاکید دارد. بنابراین تعریف آسیب محدود خواهد شد به تغییرات خواص مصالح وخواص هندسی سیستم که در عملکرد حال و آینده آن تأثیر منفی دارد. به عنوان مثال،وقتی یک تَرك در یک سازه ایجاد می­ شود، درهندسه سازه تغییر ایجاد می­ کند که این باعث تغییر سختی سیستم می­ شود. بسته به اندازه و بار اعمالی به سیستم اثرات مضر این ترك ممکن است فوری باشد یا اینکه ممکن است مقداری طول بکشد تا کارکرد سیستم را تَغییر دهد. آسیب می ­تواند از وقایع مورد انتظار مانند خوردگی ایجاد شود یا اینکه از وقایع فوق­العاده و غیرمنتظره مثل موج، توفان و زلزله ایجاد شود.
1-4-2کنترل سلامت سازه
فرایند سنجش سلامت سازه تحت عنوان کنترل سلامت سازه نامگذاری شده است. در انجام کنترل سعی می­کنیم تا ورودی­ ها و پاسخ­های سازه را اندازه ­گیری کنیم.هدف از آن، این است که از پاسخ­ها و ورودی­ ها طی یک آنالیـزمـعکوس برای استخراج مشخصه­های سازه و ردیابی تغییرات آنها و در نتیجه تشخیص شروع آسیب و خرابی در شرایط سازه­ای استفاده کنیم. سپس از مُدلسازی عددی سازه و تحلیل مجدد آن با توجه به شرایط موجود، برای ارزیابی کارایی سازه استفاده می­ شود تا در صورت لزوم نسبت به مقاوم­سازی آن اقدام گردد.
در حقیقت و به سخن دیگر، فرایندSHM [1] یک سیستم سازه­ای عبارت است از: زیر نظر گرفتن سیستم با اسـتفاده از اندازه ­گیری پاسخ­های دینامیکی از طریق حس­گرها، و همچنین استخراج مُشخصه­های حساس به آسیب سازه با بهره گرفتن از نتایج اندازه ­گیری­ها، و آنالیزتَحلیلی این مشخصه­ها برای معین کردن وضعیت کنونی سلامت سیستم؛ هر چند به صورت کلی این امر تحلیل پیچیده­ای نیاز دارد[6].
1-4-3 آسیب خطی و غیر خطی
آسیب را می­توان به دو دسته خطی و غیرخطی تقسیم کرد.اگر سازه­ای پس از وقوع آسیب به صورت خطی رفتار کند آسیب را خطی واگر سازه بصورت خطی رفتار نکند آسیب را غیرخطی می­نامیم.بطور مثال ترک ناشی از خستگی در شفت دوار که تحت بارگذاری دایم قرار دارد نمونه ­ای از تَرک غیرخطی است.در بسیاری از روش­های تشخیص آسیب نوع آسیب از نوع خطی فرض می­ شود.
1-4-4 شیوه ­های تشخیص آسیب (محلی و جامع)
روش­های تشخیص کنونی آسیب را می­توان به دو نوع محلی وجامع تقسیم کرد.در روش­های تشخیص آسیب محلی، مکان تقریبی آسیب شناسایی شده و سازه را به صورت محلی تحلیل می­ کند. ناحیه­ی آسیب دیده جهت تشخیص مؤثر باید در دسترس باشد.روش­های استفاده از اَمواج صوتی از این دست هستند.