بخشی از مقاله
چکیده
امروزه تشخیص خرابی در سازه ها، از موضوعات مورد توجه در بحث پایش سلامت سازه ها می باشد. روش های تشخیص سلامت سازه با این هدف طرح ریزی شده اند که خرابی ها را در مراحل اولیه تشکیل آنها، تشخیص دهند. به این صورت می توان از گسترش خرابی در سازه جلوگیری کرد و سطح ایمنی و خدمت پذیری سازه آسیب دیده را افزایش داد. اساس بسیاری ازروش های تشخیص خرابی درسازه ها، مبتنی برمشاهده ایجاد تغییرات درپاسخ های سازه ای است.
کاربرد تبدیل موجک در مسائل متنوع، بسیار فراوان است و به عنوان یک تکنیک امیدبخش در دهه های اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. آنالیز تبدیل موجک با استفاده از قابلیت تجزیه سیگنالها به زمان و فرکانس، روشی نوین برای پردازش سیگنالها را ارائه میدهد. از آنجایی که با اعمال بار افزایشی به مقطع، امکان مشاهده ترک های اولیه وجود ندارد؛ به کمک تبدیل موجک می توان با اندازه گیری لحظه به لحظه چرخش انتهای تیر، چرخش متناظر با وقوع اولین ترک را شناسایی نمود و ظرفیت پیچشی ترک خوردگی و نهایی تیرهای بتن مسلح مقاوم سازی شده با استفاده از الیاف کربن را تعیین کرد.
نمونه های مورد بررسی قبلا توسط یکی از نویسندگان تحقیق حاضر تحت اثر پیچش خالص آزمایش شده اند. نتایج حاصل از تبدیل موجک به کمک نرم افزار MATLAB نشان می دهد که محل آسیب به صورت اغتشاشاتی در نمودار ضرایب موجک گسسته نمایان می شود که بیانگر زمان رخداد خرابی ترک خوردگی یا ترک خوردگی توام با تسلیم میلگردها و خردشدگی بتن در ناحیه فشاری است. لذا با استفاده از تبدیل موجک و پردازش داده های ممان پیچشی بر حسب زاویه پیچش حاصل از آزمایشگاه، ظرفیت ترک خوردگی و نهایی تیرهای بتن مسلح مقاوم سازی شده به دست می آید. بنابراین می توان مشاهده نمود که نتایج بدست آمده از روش تبدیل موجک با نتایج آزمایشگاهی تطابق بسیار خوبی دارد.
مقدمه
انواع خرابی نظیر ترک و لایه لایه شدگی در سازههای کامپوزیت 3 تحت اثر بارهای ضربه ای یا دائم، خوردگی، تغییر شرایط محیطی و غیره در طول عمر ساختمان اجتناب ناپذیر است. از لحاظ نظری و عملی ثابت شده است که خرابیهای موضعی موجب کاهش سختی موضعی سازه میشود و در نهایت منجر به تغییراتی در عملکرد دینامیکی کل سازه میگردد.[1] تشخیص خرابی از موضوعات مورد توجه تحقیقات به دلیل اهمیت کاربردی آن می باشد و هدف، شناسایی وجود هرگونه آسیب - ترک - برای دستیابی به موقعیت و شدت آن میباشد. اخیرا استفاده از پارامترهای مودال نظیر فرکانس طبیعی و اشکال مودی رو به افزایش است.
[2] شناسایی تغییرات در فرکانس طبیعی و اشکال مودی سازه های آسیب دیده در مقایسه با حالت سالم سازه از جمله روشهای متداول در بحث تشخیص خرابی میباشد. تغییرات یاد شده معمولا بسیار کوچک هستند و اندازهگیری آن دشوار است. آنالیز اشکال مودی سازه آسیب دیده به وسیله تبدیل موجک4 روشی قوی برای تشخیص خرابی در سازه میباشد.[3] تبدیل موجک، سیگنال را با استفاده از امواج زمان کوتاه - به جای استفاده از امواج سینوسی با مدت زمان نامحدود در سری فوریه - تجزیه میکند.
این امواج زمان کوتاه به عنوان موجک پایه شناخته میشوند و دارای چگالی انرژی بالاتری نسبت به امواج سینوسی در تبدیل فوریه میباشند. بنابراین در بسیاری از موارد موجک ها به ضرایب کمتری نسبت به تبدیل فوریه برای توصیف یک سیگنال نیازمند هستند.[4] مزیت اصلی استفاده از این تبدیل، توانایی انجام تجزیه و تحلیل محلی یک سیگنال به کمک موجک های مختلف پایه میباشد که با توجه به مشخصات آن سیگنال صورت میپذیرد. تغییر ناگهانی ضرایب موجک نشان دهنده وجود و محل آسیب در سازه میباشد و بزرگی آن میتواند با میزان گسترش خرابی مرتبط باشد.[5]
تحقیقات مرتبط
سولیس و همکاران روش جدیدی را بر پایه آنالیز موجک برای تشخیص خرابی به کمک تغییرات ایجاد شده در اشکال مودی - بر اساس تجزیه و تحلیل هندسی - به کار بردند. آنها تبدیل موجک پیوسته را به بردارهای اشکال مودی مختلف اعمال کردند و در هر کدام اطلاعات مربوط به تغییراتشان را محاسبه کردند. روش پیشنهادی آنها شامل تکنیک های ریاضی بود و به وسیله آنالیز تیرهای فولادی با ترک در ابعاد و موقیت های مختلف مورد تائید قرار گرفت.[6]
پاتل و همکاران امکان استفاده از روش تبدیل موجک را برای تشخیص خرابی در یک ساختمان بتن مسلح بررسی کردند. آنها در ابتدا سیگنال های ارتعاشی را در طبقات مختلف ساختمان بتن مسلح به وسیله شتاب سنج بدست آوردند. اندازه گیری های ارتعاشی برای نمونه های مختلف مانند قاب ساده و جرم های متفاوت در طبقات مختلف ساختمان انجام شد. سپس سیگنال ناپیوسته حاصل از پاسخ شتاب در ساختمان بتن مسلح با استفاده از موجک گوس ناپیوسته استخراج و آنالیز شد. نتایج تحقیق آنها نشان داد که ضرایب موجک به طور مستقیم از تغییرات ویژگیهای فیزیکی سازه تاثیر میپذیرد و می تواند به صورت معقولی خرابی را شناسایی کند.[7]
یان و همکاران به تحقیق بر روی پاسخ ارتعاش آزاد سازه آسیب دیده جهت تشخیص زمان و محل خرابی پرداختند. نمونه شبیه سازی شده عددی آنها ساختمان های پنج و ده طبقه بوده که خرابی به صورت کاهش سختی در بعضی از طبقات اعمال شده بود. آنها با معرفی نیروی موجک پسماند قادر به شناسایی همزمان مکان و زمان رخداد خرابی برای ساختمان های برشی با قاب فلزی شدند.[8] رن و سان روشی را بر پایه آنتروپی موجک برای تشخیص آسیب در سازه ارائه دادند. آنها دریافتند که آنتروپی موجک می تواند درجه ای از مرتبه اختلال در سیگنال را نشان دهد و آسیب در سازه نتیجه تغییر در آنتروپی موجک میباشد.[9]
اسپاگنولی و همکاران به تحقیق بر روی تشخیص خرابی غیرخطی در تیرهای کامپوزیت ترک دار که با الیاف تقویت شده بود، از طریق آنالیز موجک زمان- مکان پرداختند. آنها از یک تیر طره ترک دار تقویت شده با الیاف برای شبیه سازی پاسخ استاتیک غیر خطی استفاده کردند. آنها رابطه خطی بین مقادیر چرخش نسبی ناشی از ترک و ضرایب موجک پیوسته نرمال شده در موقعیت ترک را بدست آوردند. سپس با آنالیز دنباله زمانی پاسخ تیر
