بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تشخیص آسیب سازه با استفاده از آزمون تحریک اجباری بر روی یک ساختمان 9 طبقه بتنی موجود مورد بررسی قرار گرفته است. المان های مقاوم نیروی جانبی ساختمان مورد بحث بر اثر زلزله سال 1978 به شدت آسیب دیده و در سال 2001 مقاومسازی لرزه ای شده است. قبل و بعد از مقاوم سازی، آزمون تحریک اجباری بر روی این ساختمان انجام گرفته و ارتعاش مربوط توسط حسگرهای نصب شده بر روی آن ثبت گردیده است.
با استفاده از دادههای این ارتعاشات، شناسایی سیستم سازهای به روش توابع چند جملهای کسری گویا و همچنین تشخیص خرابی - محل های مقاوم سازی شده - با استفاده از معیار اطمینان مودی در سازه انجام شده است. نتایج حاصل نشان میدهد تشخیص محل آسیبها با استفاده از روشهای مذکور با محل خرابیهای موجود در ساختمان مطابقت دارد.
1. مقدمه
خصوصیات دینامیکی سازهها، معمولاً از طریق مطالعهی مودال سازهها امکانپذیر است. این مطالعه شامل تعیین مودهای ارتعاشی سازه و تحلیل آنها میباشد. در این پروسه، پارامترهای مودال همچون فرکانس طبیعی، شکل مودی، میرایی نسبی شناسایی و از آنها برای مطالعه رفتار دینامیکی سازه ها استفاده میشود >1@ و .>2@ در این مقاله سعی گردیده است تشخیص محل آسیب سازهای در یک ساختمان 9 طبقه بتنی که در اثر زلزله آسیب دیده است، با استفاده از آزمون دینامیکی تحریک اجباری در قبل و بعد از مقاومسازی لرزهای سازه، مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور از روش تابع چند جملهای کسری گویا [3] برای شناسایی پارامترهای مودال سازه و از روش معیار اطمینان مودی[4] برای تشخیص آسیب و محل آن استفاده گردیده است.
2. معرفی ساختمان مورد مطالعه
سازهی مورد بررسی ، ساختمان دانشکده مهندسی معماری و عمران پردیس آوبایاما دانشگاه توهوکو واقع در شهر سندای کشور ژاپن میباشد. این سازهی بتن مسلح، در سال 1969 ساخته شده و دارای 9 طبقه بوده که طبقات اول و دوم آن پلانی H شکل و ابعادی برابر با 72 متر در 33.6 متر دارد.
طبقات بالاتر آن دارای ابعادی برابر با 40 متر در 13.5 متر میباشد. سازه این ساختمان از نوع قاب خمشی بوده و برای مقابله با نیروهای جانبی در آن، از دیوارهای برشی در هر دو جهت شمالی- جنوبی و شرقی - غربی استفاده شده است. همچنین ارتفاع طبقات ، برای طبقه اول 5 متر، طبقه دوم 4.3 متر، طبقه سوم 3.8 و طبقات دیگر 3.3متر میباشد.. این ساختمان بر اثر زلزله سال 1978 - زلزلهی - Miyagi-Ken Oki شدیداً آسیب دیده و در سال 2001 عملیات مقاومسازی لرزهای بر روی آن انجام شده است. شکل 1 نمای روبروی این سازه و الگوی ترک دیوار های برشی نمای غربی و شرقی ساختمان را در زلزلهی سال 1978 را نشان میدهد.
شکل .1 نمای روبرو ساختمان 9 طبقه- الگوی ترک پس از زلزله سال 1978
عملیات مقاومسازی لرزهای سازه این ساختمان محدود به 7 طبقه فوقانی بوده است.[5] بر این اساس، دیوارهای برشی خارجی جهت شمالی- جنوبی در راستای محورهای 2 و 7 که دارای ترکهای متعددی بودند، با دیوارهای بتنی مسلح درجا جایگزین شدند. ژاکت های فولادی بر روی تیرهای کوتاه واقع در قابهای داخلی - محورهای 3 تا 6 بین دو محور C و - D در جهت شمالی - جنوبی نصب شدند. همچنین مهاربندهای فولادی در دو دهانه از قاب های محور B بین محورهای 4 - 3، و 6 - 5 در جهت شرقی- غربی در طبقات 3 تا 8 قرار داده شدهاند تا ضمن افزایش سختی در این محور، از حرکت پیچشی سازه جلوگیری نمایند. ضخامت دال کف بین محورهای 3-2 و 7-6 افزایش یافته و با وایرهای فولادی جوش شده، تقویت شده است. عملیات مقاومسازی به صورت شماتیک در شکل 2 آورده شده است.
به منظور حصول اطمینان از صحت انجام عملیات مقاوم سازی، قبل و بعد از عملیات مربوط، آزمون تحریک اجباری سازه با استفاده از دستگاه ارتعاشگر جرم دورانی با حداکثر توان تولید نیروی افقی 3 تن که بر روی بام ساختمان نصب شده، انجام گرفته است.
جهت ثبت ارتعاشات سازه ناشی از نیروی ارتعاشگر، تعداد 14 حسگر سرعت سنج در نقاط مختلف آن نصب شده است. نیروی ارتعاشی به صورت هارمونیک بین فرکانس های 0/5 تا 10 هرتز با گام های 0/1 هرتز برای فرکانس های کمتر از 1 هرتز و بزرگتر از 3 هرتز، گام 0/05 هرتز برای فرکانس های 1/0 تا 1/3 هرتز و 1/45 تا 3/0 هرتز و گام 0/025 هرتز برای فرکانس های 1/3 تا 1/45 هرتز اعمال شده است.
مقدار دامنه ارتعاش در هر حسگر از دامنه ارتعاش ثبت شده در آن حسگر و اختلاف فاز بین نیروی ارتعاشگر و ارتعاش ثبت شده در هر حسگر، با استفاده از تابع cross-correlation بدست می آید. این داده ها پس از ثبت، تبدیل به مقادیر جابجایی شده و به ازای نیرویی معادل 1KN نرمال شدهاند و به صورت نمودار پاسخ فرکانسی شامل دامنه ارتعاش و اختلاف فاز بین ارتعاشگر نشان داده می شوند. در شکل3 ، آرایش حسگرها در جهت ارتعاش شمالی- جنوبی نشان داده شده است. ارتعاش در دو مرحله و در جهات شمالی-جنوبی و شرقی-غربی انجام شده است [5,6] که در این مقاله فقط نتایج ارتعاش در جهت شمالی – جنوبی ارائه داده شده است.
شکل .2 راست: پلان ساختمان در طبقه 3 تا 9 و محل های مقاوم سازی شده - چپ: دیوارهای برشی تعویض شده
شکل .3 آرایش حسگرها در جهت ارتعاش شمالی- جنوبی
