تشخیص آسیب در پل های فولادی با استفاده از الگوریتم های تکاملی |
وقوع بارگذارىهاى ناگهانى و ویژه نظیر باد و زلزله، آسیبهاى مختلفى را در سازهها ایجاد مىنماید و رخداد چنین خسارات و نواقصى در سازه سبب تغییر مشخصات و رفتار سازه مىگردد. همچنین گذشت زمان و شرایط محیطى نیز سبب فرسایش و زوال مصالح سازهها و در نتیجه تغییر مشخصات آنها مىگردد. موارد مذكور سبب شده است تا شناسایى خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب موجود در آن (شدت، نوع، زمان و محل آسیب) و پایش سلامت سازه[1] به یكى از مسائل مهم در علوم مهندسى، از جمله مهندسى عمران بدل گردد.
از آنجا كه آسیب ایجاد شده در سازه تاثیر مستقیمى بر خصوصیات و مشخصات سازه مىگذارد، سلامت سازه به نوع، شدت و محل آسیب ایجاد شده در آن وابسته بوده و به همین سبب توانایى تشخیص آسیب ایجاد شده در سیستمهاى مختلف سازهای از جمله ساختمانها یكى از موضوعات مهم و قابل توجه به شمار مىرود. منظور از آسیب، ایجاد هرگونه تغییر در خصوصات سیستم بوده به گونهاى كه رفتار آن نسبت به وضعیت اولیه تغییر نماید. این تعریف در سازهها، به تغییرات خصوصیات مصالح یا هندسه سازه كه كارایی سازه در حال و آینده را مختل مىسازد، محدود میگردد. با نظر به آنچه كه اشاره گردید، مباحث شناسایی خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب ایجاد شده و پایش سلامت سازهها بصورت وابسته بوده و گاهی بطور همزمان مورد توجه قرار میگیرند.
از آن جا كه كشور ما در یكى از مناطق لرزهخیز جهان قرارگرفته است، علاوه بر سایر آسیبها بیشترین آسیبی كه در سازهها رخ میدهد در اثر زلزله مىباشد. اگرچه این آسیبها ممكن است چندان واضح نباشد كه قابلیت شناسایی توسط بازدیدهاى میدانى را داشته باشد، اما مىتواند تغییراتى در خصوصیات سازه ایجاد نماید كه سبب كاهش سطح عملكردى سازه موجود در زلزلههاى بعدى گردیده و حتى اسباب تخریب كلى سازه در زلزلههاى آینده را فراهم آورد. لازم به ذکر است که عدم شناسایی به موقع آسیب موجب از حیز انتفاع افتادن سازه و تحمیل هزینه اقتصادی به لحاظ ساخت مجدد سازه خواهد شد. در خصوص سازههای خاص و شریانهای حیاتی علاوه بر مشکلات اقتصادی، معضلات اجتماعی و یا حتی سیاسی را نیز میتواند در بر داشته باشد. برای روشن شدن اهمیت پایش سلامت سازه میتوان آن را با آزمایشات تشخیصی پزشکی برای حصول اطمینان از سلامت انسان قیاس نمود.
در گذشته از روشهاى گوناگونى به منظور بررسى سلامت سازهها استفاده شده است كه عموماً شامل مشاهدات میدانى و آزمایشهای محدود شامل آزمایشهاى مخرب و غیرمخرب بودهاند. اما پیش شرط لازم براى انجام چنین آزمایشهایی حدس محدوده آسیب ایجاد شده سازهها و در دسترس بودن آن مىباشد كه بنابراین نتایج ناشى از آنها كاملاً وابسته به حدس درست محل احتمالی آسیب هستند. علاوه بر این، انجام این آزمایشها نیاز به ابزارهایى دارد كه این امر سبب افزایش هزینههاى انجام آنها مىگردد. بنابراین تعداد آزمایشهاى انجام شده جهت بررسى سازه مىبایست به حداقل مقدار لازم كاهش داده شوند. از سوى دیگر، مهارت كاربر نیز در دقت نتایج بدست آمده، نقش مستقیم داشته و سبب ضعف بیشتر این آزمایشها در تشخیص آسیب و شناسایی مشخصات سازه مىگردد. همچنین به دلیل کیفى بودن نتایج بدست آمده، این آزمایشها نمىتوانند تخمینى از تغییرات به وقوع پیوسته در خصوصات دینامیكى سازه آسیب دیده، بدست دهند.
خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir
با پیشرفت علم، با بهرهگیری از اطلاعات استاتیکی ثبت شده در سازهها و تغییرات آن به تعیین خواص سازه با اینگونه ثبتها قدم برداشته شد. همچنین پس از آنكه دانشمندان به سمت استفاده از دادههاى ارتعاشى براى پیداكردن خواص دینامیكى سازهها پیش رفتند، با انجام آزمایشهاى ارتعاشات محیطى و یا تحریكات اجبارى تا حدود زیادى موفق به دست آوردن خواص دینامیکى سازهها گردیدند و بدین ترتیب پس از وقوع پدیدههای طبیعی همچون زلزله با این روشها خواص دینامیكى سازه را محاسبه كرده و از مقایسه نتایج آنها با نتایج بدست آمده از آزمایشهاى صورت گرفته قبل از زلزله به میزان آسیبى كه در سازه اتفاق افتاده بود، پى مىبردند. البته با استفاده از این روشها تنها تا حدودى امكان بررسی وضعیت سازه قبل و بعد از یك حادثه، مثلأ زلزله، قابل اندازه گیرى بود و هنوز امكان دستیابى به چگونگى تغییرات خواص سازه در طول رخداد زلزله ممكن نبود، امرى كه جهت حفظ سلامت سازه در حین زلزله بسیار حیاتى است. همچنین استفاده از آزمایشهای ارتعاشات اجبارى و محیطى هزینههاى زیادى را نیز طلب مىكردند كه با این وجود از آن جا كه تحریک اعمال شده در این آزمایشها در مقایسه با تحریكات زلزله بسیار كوچک مىباشند، لذا تصویر واضحى از تغییرات ایجاد شده در مشخصات سازه پس از زلزله بدست نخواهند داد.
بنابراین هدف از این پژوهش آن است كه با پیشنهاد رویکردی جهت شناسایى خصوصیات سازه، با بکارگیری الگوریتمهای تکاملی روشی برای تشخیص محل و شدت آسیبهاى رخداده بر پایه اطلاعات (دادههای) استاتیکی یا دینامیکی ارائه گردد.
بنابراین دو روش پیشنهادی با استفاده از دادههای استاتیکی و دینامیکی سازههایی به شکل پلهای با قدمت بیشتر موجود انتخاب گردید. اشکال انتخابی شامل پل تیر شکل، چهار شکل متفاوت پل خرپایی و پل قوسی میباشند. در نهایت روند تشخیص آسیب با تشکیل تابع هدف و بهینه سازی آن توسط چهار الگوریتم متفاوت( برای اطمینان به تابع هدف انتخابی و کاهش اثرات نوع الگوریتم) انجام گردید.
2-1- پایش سلامت سازه ها
اگر مراحل ثبت دادهها به صورت دائم و یا دوره ای صحیح صورت گیرد نشانگر عملکرد سازه است. پایش سلامت سازه به سه حالت زیر صورت می پذیرد.
1- کوتاه مدت
2- میان مدت
3- بلند مدت
البته تمام این موارد میتواند در کل سازه و یا به صورت محلی صورت پذیرد.
مهندسان سازه مدت طولانى است كه تلاش كردهاند تا با استفاده از دادههاى موجود و ابزارهای مناسب، آسیب را در سازهها شناسایى كنند.
پایش سلامت در سازه ها با جواب به سوالات زیر توصیف می شود:
1ـ آیا آسیب در سازه وجود دارد؟
2ـ موقعیت آسیب در سازه کجاست؟
3ـ نوع آسیب موجود چیست ؟
4ـ شدت آسیب چقدر است؟
بعد از شناسایی آسیب، سازه باید با درنظر گرفتن وضعیت موجود مورد تحلیل قرار گیرد و میزان کارایی سازه سنجیده شود و در صورت لزوم نسبت به تعمیر و تقویت سازه اقدام شود.
3-1- آسیب در پل ها
آسیب یكى از لغات بحث برانگیز در زمینه پایش سلامت سازهها مىباشد. به طور كلى «آسیب»؛ ایجاد تغییر دائم در مشخصات سازه از جمله سختى، مقاومت، خصوصیات دینامیكى و یا كاهش سطح عملكرد سازه نسبت به حالت اولیه آن مىباشد.
براى پلها آسیب می تواند مربوط به جابجایى نسبى بین عرشه و کوله و تغییر رفتار اعضاى سازهاى مىباشد. براى تشخیص آسیب روشهاى مختلفى ارائه شده است كه از بین آنها تغییرات در خصوصیات مودى نظیر فركانسهای مودى و اشكال مودى و همچنین به روزرسانی ماتریسهاى مشخصه سازه (ماتریس جرم، سختى و میرایی) و تغییرات در خصوصیات ماتریس سختی را مىتوان نام برد. در تمامى روشهاى تشخیص آسیب نیاز است كه ابتدا خصوصیات سازه (فضاى فیزیكى، فضاى مودی، فضاى پاسخ) پیش از آسیب شناخته شود، سپس در گام بعدى با استفاده از دادههاى بدست آمده از پاسخ سازه، مشخصات جدید شناسایى شده و با بررسى تغییرات این مشخصات تشخیص آسیب انجام گردد.
از آن جا كه رخداد آسیب در سازه سبب ایجاد تغییر ماندگار در فركانس سازه مىشود، بنابراین بررسى فركانسهاى طبیعى و سایر خواص مودى سازه در حین ارتعاشات محیطی ابزار مفیدى براى تشخیص آسیب مىباشد. حال با توجه به اینکه در بسیارى از مناطق لرزهخیز جهان زلزله از اصلیترین چالشها در طراحى سازهها مىباشد و عمده خسارات وارد بر سازهها علاوه بر سایر عوامل محیطی ناشى از این پدیده طبیعى است، بهرهگیری از این موضوع میتواند مفید باشد. با بررسى فركانسها و سایر مشخصات مودى سازه در حین زلزله، تعیین مكان و مقدار آسیب در سازه ممكن خواهد شد.
لازم به ذکر است در روشهای مبتنی بر دادههای استاتیکی با اطلاعات بسیار کمی میتوان آسیب را در سازه با دقت قابل قبولی تشخیص داد لذا اینگونه روشها مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. به طور مثال در روشهای استاتیکی با داشتن تغییرمکان یا کرنش، شناسایی آسیب در سازه میسر است. در تحلیل استاتیکی تغییرات در ماتریس سختی میتواند نشان دهنده رخداد آسیب در سازه باشد.
[1] Structural Health Monitoring(SHM)
فرم در حال بارگذاری ...
[جمعه 1400-05-15] [ 05:37:00 ب.ظ ]
|