بخشی از مقاله
چکیده
تکنیک های بسیاری برای شناسایی سلامت سازه و آسیب های وارد بر آن وجود دارد. هدف این روش ها شناخت شرایط حال سازه و استفاده از آنها برای پیش بینی عمر باقی مانده سازه است. در این مقاله با استفاده از تابع احتمال ویبول احتمال شکست یک سازه بررسی شده است و با استفاده از تابع به روز رسانی بیزین و تابع احتمال شکست، عمر سازه را قبل و پس از انجام تعمیرات و نگهداری با استفاده از ارزیابی قابلیت اطمینان بر اساس مشخصه فیزیکی سازه پیش بینی گردید. لذا بر اساس این استراتژی می توان بهترین زمان برای انجام تعمیرات و نگهداری سازه را پیش بینی نمود.
-1 مقدمه
بازرسی سلامت سازه یک فرآیند تشخیص آسیب برای شناسایی عیوب سازه و یک استراتژی هوشمند برای بهینه نمودن بازدهی آن بر اساس بهترین زمان انجام تعمیرات و نگهداری بر روی سازه است. تکنیک های بازرسی سلامت سازه، به خصوص برای نظارت بر ساختارهای عمرانی، به دلیل محدودیت های دسترسی در زمان عملیات، بسیار مورد توجه و تحقیقات قرار گرفته اند. برای اطمینان از عملکرد سازه و افزایش بازدهی و کاهش هزینه تعمیرات، ارزیابی قابلیت اطمینان و نگهداری از سازه ضروری است. بنابراین، استراتژی بازرسی سلامت سازه، با استفاده از مدیریت چرخه عمر سازه برای پیش بینی عملکرد ساختاری و تعیین استراتژی نگهداری مطلوب و در نهایت، برای افزایش عمر سازه فراتر از عمر طراحی اولیه، حیاتی است
تحقیقات اخیر نشان می دهد ارزیابی ذهنی غلط از شرایط سازه ها یکی از مهمترین موانع فنی برای مدیریت صحیح سازه ها است. برای مثال در گذشته شرایط پل های موجود عموما تنها از طریق بازرسی چشمی مورد ارزیابی قرار می گرفت. محاسبه عمر سازه به وسیله بازرسی چشمی بدون بررسی جزئیات سازه، بسیار دشوار است
یکی از عوامل آسیب در سازه های بتنی، خوردگی فولاد در بتن است. در دهه های اخیر، تعداد زیادی مقاله در خصوص پیش بینی خوردگی فولاد در بتن ارائه شده است. با استفاده از رویکردهای احتمالاتی متفاوت، توسعه مدل های پیش بینی قابلیت اطمینان بر اساس زمان در خوردگی فولاد سازه های بتنی مورد توجه قرار گرفته است. Kong و همکاران، در سال 2002، به بررسی رابطه خوردگی فولاد در بتن و تاثیر آن در قابلیت اطمینان سازه بر اساس زمان با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو پرداختند
Kwon و همکاران در سال 2009 به بررسی پهنای ترک در چارچوب احتمالاتی شبیه سازی مونت کارلو و روش های سنتی مفهوم پهنای ترک پرداختند. در این مطالعات، تنوع فضایی متغیرهای تصادفی اغلب نادیده گرفته شده است. برخی از پژوهشگران برای پیش بینی واقعی پیشنهاد به روز رسانی قابلیت اطمینان سازه با استفاده از داده های واقعی را داده اند
Straub در سال 2011، روش جدیدی برای به روز رسانی تخمین قابلیت اطمینان سازه های بتنی با استفاده از تئوری به روز رسانی بیزین بیان نمود .[برای انتشار ترک های مدل، Liu و Weyers به مدت 5 سال به بررسی تاثیر خوردگی در قابلیت اطمینان سازه پرداختند. آنها مشاهده کردند که زمان ایجاد ترک، نشانه مناسبی برای مدل پیش بینی بر اساس زمان است .
Vidal و همکاران دو تیر را به مدت 14 و 17 سال مورد آزمایش و بررسی قرار دادند و به بررسی تاثیر خوردگی تیر بر زمان پرداختند
Papakonstantinou و Shinozuka نیز با استفاده از یک مدل جدید تجربی، از پهنای ترک ناشی از خوردگی با کاهش سطح مقطع میلگرد استفاده گردید، فرایند پیشروی ترک را شبیه سازی نمودند. سپس با یک مدل احتمالاتی وابسته به زمان برای انتشار خوردگی شبیه سازی، میزان گسترش آسیب پیش بینی نمود
در سال 2012، Chen و Alani به بررسی قابلیت اطمینان برای محاسبه زوال سازه های دریایی در اثر زمان پرداخته اند و استراتژی مناسبی جهت تعمیرات بهینه در طول عمر سازه معرفی نمودند .
در سال 2000، Cempel و همکاران به معرفی واژه جدیدی تحت عنوان قابلیت اطمینان بر اساس مشخصه فیزیکی پرداختند. آنها به معرفی این واژه برای ارزیابی شرایط سیستم ها پرداختند. این روش بیشتر از قابلیت اطمینان بر اساس زمان برای اعضای سازه های موجود به عنوان فرایند بازرسی جهت به روزرسانی داده های سودمند - مشخصه های فیزیکی حال سازه - برای ارزیابی شرایط حال و آینده سازه مفید است. قابلیت اطمینان پس از آن بیشتر کاربردی گردید و از طریق دادهای قابل اندازه گیری همچون هندسه، خواص مواد، آسیب ساختاری، بارگذاری بر روی سازه و رفتارهای دینامیکی و استاتیکی مورد استفاده قرار گرفت
Chen در ادامه تحقیقات خود در سال 2015 در یک آزمایش تحقیقاتی به بررسی تاثیر خوردگی در سازه های بتنی بر اساس مشخصه فیزیکی سازه پرداخت. ایشان با استفاده از ارزیابی قابلیت اطمینان بر اساس مشخصه فیزیکی، ابتدا بررسی پهنای ترک ایجاد شده ناشی از خوردگی فولاد در بتن پرداخت و پس از جمع آوری داده های مشخصه فیزیکی، با استفاده از تابع احتمالاتی ویبول و به روز رسانی بیزین، علاوه بر ارزیابی قابلیت اطمینان سازه، بهترین زمان های تعمیرات و نگهداری برای افزایش عمر سازه را پیش بینی نموده است
در این مقاله با استفاده از داده های فرضی، با استفاده از تابع احتمال ویبول به ارزیابی سازه خواهیم پرداخت و پس از به روز رسانی داده ها - با فرض انجام تعمیرات - تاثیر تعمیرات بر سازه و قابلیت اطمینان آن را مجددا بررسی خواهیم نمود.
-2 خوردگی در بتن
در دهه گذشته تحقیقات گسترده ای در خصوص خوردگی و ترک بر سازه های بتنی و بازدهی آنها صورت گرفته است . بر اساس تحقیقات موجود، سازه های بتنی که در معرض محیط های خورنده قرار می گیرند عمدتا به دلیل خوردگی فولاد تقویت شده و ترک خوردگی بتن، عملکرد آن تضعیف می شود . تضعیف سازه های بتنی به علت افزایش خوردگی یکی از مشکلات روبه رشد جامعه مهندسی است. خوردگی عموما شامل ترک پوشش بتن و کاهش مقاومت و سطح مقطع فولاد در بتن است. در نهایت خوردگی بر عمر سرویس دهی سازه بتنی نیز تاثیر گذار است .
مدارک آزمایشگاهی پیشنهاد می کنند که پارامتر خوردگی فولاد می تواند به سطح آسیب های متفاوت روی یک سازه بتنی تقویت شده وابسته باشد. در بتن تقویت شده سازه ها، کلرایدها به داخل پوسته بتن نفوذ می کنند و عکس العمل شیمیایی برای ایجاد خوردگی را فراهم می کنند. زنگ زدگی فولادهای بتن باعث افزایش حجم بتن - تا شش برابر حجم اولیه - و ایجاد تنش کششی در پوسته بتن می شود که منجر به ایجاد شکاف در سازه می گردد. لذا خوردگی و به طور دقیق تر، پهنای شکاف در بتن می تواند به عنوان مشخصه فیزیکی جهت ارزیابی سازه در نظر گرفته شود .بنابراین ارزیابی شرایط بر اساس پیش بینی پیشرفت ترک در سطح بتن جهت محاسبه زوال بازدهی سازه، برنامه ریزی جهت انجام تعمیرات و پیش بینی عمر باقی مانده سازه بسیار مهم و حیاتی می باشد
فرایند کاهش مقاومت سازه ناشی از خوردگی فولاد در سازه های بتنی و برنامه ریزی موثر جهت انجام تعمیرات در شکل 1 نمایش داده شده است. سه فاز متفاوت در این شکل قابل مشاهده است. فاز یک، فاز ابتدایی ترک، از زمان ساخت سازه تا اولین ترک ایجاد شده بر سازه ادامه می یابد. در فاز دوم، زمانی که ترک در سطح اتفاق می افتد، مقاومت چسبندگی فولاد خورده شده به تدریج شروع به کاهش می کند. با افزایش خوردگی میلگرد فولادی، ترک خوردگی در پوشش بتن گسترش یافته و پس از آن برای قابلیت کارکرد ساختار به سطح غیر قابل قبول می رسد. در اینجا، حد غیر قابل قبول برای قابلیت کارکرد سازه به عنوان حداکثر پهنای تجمعی مجاز ترک در پوشش بتن تعریف می شود. فاز سوم از محدودیت در سرویس دهی شروع و تا حد نهایی - پایان عمر سازه - شکست - ادامه می یابد
