بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به قدمت کشور و سازه های موجود که به مرز 30 سال رسیده اند، نیاز به سازه هایی که هم بحث زلزله و هم بحث بهره وری را در شرایط مختلف پوشش بدهند، حس می شود. ایده سلامت سنجی و پایش سلامت سازه ها در چرخه حیات پروژه از مرحله مطالعات، طراحی اولیه، اجرا تا مراحل بهره برداری و نگهداری باید مورد توجه قرار گیرد. پایش سلامت با استفاده از روش های عیب یابی، به تشخیص محل خرابی در سازه می پردازد تا با اقدام سریع از گسترش آسیب در اعضا جلوگیری کرده و به عمر سازه بیافزاید. در این مقاله اهمیت سکوهای فراساحلی به عنوان یکی از مهمترین زیرساخت های کشور را مشخص خواهیم کرد و سپس روش های شناسایی آسیب در حوزه پردازش سیگنال و هوش مصنوعی بیان می شوند. در ادامه به ارائه جمع بندی تحقیقات در این زمینه و ضرورت آن برای آینده در ایران، پرداخته می شود.
.1مقدمه
پایش سلامتی سازه - SHM - ، بر پایه ی استخراج مشخصه های دینامیکی از پاسخ های ثبت شده ی سازه و شناسایی آسیب با استفاده از تحلیل این مشخصه ها می باشد. مهمترین مشخصه های دینامیکی عبارتند از فرکانس های نوسان سازه، شکل های مودی، خاصیت میرایی و یا استهلاک انرژی، ماتریس سختی و نرمی سازه و پاسخ های فرکانسی. هدف اصلی این روند آشکار شدن رفتار غیرعادی سازه که نشانه آسیب است، می باشد. آسیب یک مقایسه بین حالت سالم و آسیب دیده از سازه می باشد، درواقع به هر گونه تغییرات اعمالی به سیستم که در عملکرد حال و آینده آن تاثیر منفی بگذارد، گفته می شود .
[1] آسیب می تواند از وقایعی همچون خوردگی، تورق و پدیده های غیر منتظره ای چون توفان یا زلزله ناشی شود، که از طریق توصیف هندسی - هندسه ترک و غیره - و یا تغییرات خواص اتلاف انرژی یک سیستم صورت گیرد. ابر سازه های عمرانی همچون پل ها، سکوهای نفتی، برج ها و اسکله ها بخشی از سرمایه هر کشوری به حساب می آیند که از بین رفتن آن ها علاوه بر خسارات جانی، خسارات مالی جبران ناپذیری هم بر آن کشور تحمیل می کند، بنابراین بررسی پایش سلامتی این سازه ها، کاملا ضروری است. خلیج فارس و میادین نفت و گاز آن، نقشی استراتژیک در قدرت سیاسی و اقتصادی ایران ایفا می کنند.
به تائید شرکت انگلیسی بریتیش پترولیوم، ناشر یکی از معتبرترین گزارش های بخش انرژی جهان در گزارش - مرور آماری انرژی جهان - 2017 با اشاره به افزایش برآورد ذخایر نفتی و کاهش ذخایر گازی کشور اعلام کرد همچنان رتبه نخست ذخایر گازی و چهارم ذخایر نفتی جهان از آن ایران است. بنابراین سکوهای دریایی از مهمترین زیرساخت های کشور جهت حفاری، اکتشاف، تولید و بهره برداری از ذخایر نفت و گاز این میادین به حساب می آیند، لذا نظارت بر سلامت این گونه سازه ها از اهمیت بسیاری برخوردار است.
علم پایش سلامت سکوهای دریایی از دهه 70 میلادی، توسط واندریو [2] پایه گذاری شد. او با قرار دادن 8 شتاب سنج در سکوی دریایی، به اندازه گیری پاسخ ارتعاشی سکو در برابر تحریکات محیطی و مشاهده تغییرات فرکانس طبیعی در اثر آسیب های وارده به سکو، پرداخت. سناریوهای آسیبی که در این تحقیق بررسی شد شامل تضعیف اتصال عضو قطری، جدایی کامل آن، ایجاد سوراخ و آب گرفتگی در عضو قطری بودند. نتیجه بر این مبنا بود که تنها جدایی کامل عضو قطری را می توان با تغییر در فرکانس های طبیعی سازه شناسایی کرد و دیگر خرابی ها با روش مشاهده تغییر در مودها قابل تشخیص است.از دیگر محققانی که در راستای پایش سلامتی سکوهای دریایی فعالیت داشته اند، می توان به مانگل و همکارانش در سال 2001 اشاره نمود.
آن ها به بررسی شناسایی آسیب با تعیین پاسخ ناشی از ضربه و نیز ارتعاش آزاد سکو با ایجاد جابه جایی اولیه پرداختند. در هردو روش قابلیت تشخیص آسیب بر پایه بردارهای مودی وجود داشت .[3] آلام و سومیداس در سال 2002 به تشخیص ترک در سکوهای ثابت دریایی با توجه به تغییر در پاسخ جابه جایی و کرنش بر اساس مدل سازی تحلیلی سازه دارای ترک پرداختند .[4] روش های مبتنی بر ویژگی های ارتعاشی سازه - دینامیکی - بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است به گونه ای که سون و همکاران - 2003 - و دوبلینگ و همکاران - 1996 - ملاحظات جامعی را در خصوص روش های شناسایی آسیب بر اساس مشخصات ارتعاشی در سیستم های سازه ای و مکانیکی ارائه کردند. روش های دینامیکی بر پایه پردازش سیگنال و روش های مودال انجام می شود.
.2سکوهای پایه ثابت شابلونی
سکوهای پایه ثابت شابلونی از مهمترین انواع سازه های فراساحلی هستند که در ایران در آبهای نسبتا کم عمق - حدودا 120 متر - از آنها به منظور حفاری، اکتشاف، تولید و بهره برداری از ذخایر نفت و گاز بستر دریاها استفاده می شود. این سکوها از بدنه اصلی یا جکت، عرشه، تجهیزات آن و شمع های انتقال دهنده بار تشکیل شده اند. به این سکوها اصطلاحا جکت نیز گفته می شود، شکل .1
.3 پایش سلامتی سازه ها
اسپکمن - 2004 - ایده پایش سلامت سازه را بسیار نزدیک به سیستم عصبی انسان می داند. در حقیقت بدن انسان از تعداد بسیار زیاد سنسور تشکیل شده که این سنسورها اطلاعات را به مغز می فرستند و مغز پس از تفسیر اطلاعات در مورد محل و شدت درد تصمیم گیری می کند. در بین روش های کلی، روش های مبتنی بر ارتعاش سازه مورد توجه اکثریت قرار گرفته است[2]، که به کمک ثبت رفتار سازه به وسیله سنسورها، به استخراج پارامترهای حساس به خرابی و تفسیر این پارامترها می پردازیم.
