بخشی از مقاله
چكيده
با توجه به اينكه تمامي ساخت و ساز هاي انسان به طور طبيعي به دليل ارتباط با عوامل بيروني نظير طوفان، زلزله، سيل و... اثرات مخربي را تجربه مي كنند، با گذشت زمان دچار استهلاك مي شوند. در اين ميان سازه هايي نظير سازه هاي هيدروليكي به دليل موقعيت هاي ويژه اي كه دارند بايد مادامي كه در حال استفاده هستند از سلامت آن ها اطمينان حاصل نمود. در اين مقاله سعي شده است روش هاي نوين آسيب شناسي جهت پايش سلامت سازه هاي مختلف هيدروليكي به همراه روش هاي مختلفي كه براي پياده سازي اين علم صورت مي مي پذيرد بيان گردد.
در اين ميان روشي مناسب مي باشد كه اهدافي همچون دقيق و مقرون به صرفه بودن، دسترسي جامع داشتن به تمامي مقاطع مورد نياز و كم ترين تأثير پذيري از محيط در جهت كاهش خطا در برداشت اطلاعات و.. را تأمين نمايد. به عنوان مثال براي ارزيابي خرابي در سازه بر اساس ويژگي هاي مودال كه مي تواند پايه ي استاتيكي و ديناميكي داشته باشد، عمل كرد و با مقايسه آن با حالت ايده آل سازه، نسبتي از خرابي و يا سلامت سازه را پايش كرد. در اين مقاله سعي شده است علم هوش مصنوعي كه يكي از غني ترين روش هايي است كه داراي تمام ملزومات مورد نياز و همچنين داراي اشتراكات بيشتري در گرايش هاي مختلف عمراني مي باشد بررسي گردد تا راهنمايي جهت تحقيق جامع و متمركز باشد.
كلمات كليدي: پايش سلامت، سازه هاي هيدروليكي، سكو هاي فراساحل، ويژگي هاي مودال، خرابي،روش هاي ديناميكي، روش هاي استاتيكي
مقدمه
اصولا به يك دليل اساسي مي توان به ضرورت حضور پايش سلامت در حوزه ي سازه هاي هيدروليكي پرداخت: بار هاي وارد شده به سازه. زيرا مادامي كه يك سازه هيدروليكي كه براي بارهاي ثقلي، ضربه اي و .... تحت تاثير عواملي همچون خستگي و خوردگي و... كه براي آن طراحي شده است، قرار مي گيرد. از طرفي سيلاب ها، طوفان، زلزله و ديگر پديده هاي طبيعي كه به مراتب اثرات مخرب تري براي المان هاي سازه اي مي توانند داشته باشند، كه همگي در استهلاك سازه نقش اساسي دارند.
لذا اين عوامل كار را براي پاسخ دقيق دادن مهندسيني كه علم پايش سلامت را در پروژه ناديده بگيرند، به سؤالاتي همچون: چه مقدار از سازه سالم است؟ چه مكان هايي دچار آسيب شده اند؟ چه مقدار ديگر سازه آماده خدمت رساني به صورت ايمن است؟دشوار مي كند. بديهي است كه ناديده گرفتن اين امر اجتناب ناپذير تهديد بسيار بزرگي است از نظر جاني، اقتصادي، سياسي و... لذا مي توان از پايش سلامت كمك گرفت و با تعبيه كردن سنسور هايي جهت برداشت پاسخ هاي ديناميكي و يا استاتيكي شرايط نا سالم سازه را مبتني بر روش هاي ارزيابي مختلف ارزيابي نمود.
علم پايش سلامت در شاخه هاي مختلف مهندسي عمران به صورت اختصاصي مورد بررسي قرار گرفته است و با پيشرفت روز افزون علم، روش هاي دقيق تري براي پايش سلامت سازه ها انجام گرفته است ولي هر كدام نقاط قوت و ضعفي را دارا مي باشند. براي مثال شرايط سازهاي يك جكت در بازرسيهاي چشمي دورهاي ارزيابي ميشود. علاوه بر وقتگير و پر هزينه بودن اين نوع بازرسيها، بازبيني كل سازه سد به دليل وجود مقاطع با دسترسي دشوار آن همچون گالري هاي زهكش، كانال هاي سرريز و... ميسر نميباشد. بنابراين بكارگيري روشهاي شناسايي غيرمخرب آسيب جهت افزايش ايمني و اطمينان از وضعيت موجود سازه حياتي است. در سالهاي اخير روش شناسايي آسيب بر پايه ارتعاش براي ارزيابي خرابي در سطح كل سازه بكار گرفته شده است.
در اين حالت تشخيص عيوب سازهاي بر اين اساس است كه پاسخ ديناميكي سازه در اثر خرابي تغيير خواهد كرد. به اين ترتيب امكان تعيين محل و شدت آسيب به كمك بررسي تغيير پاسخ سازه، قبل و بعد از ايجاد خرابي فراهم ميشود. در اين تحقيق در سازه هاي مختلف هيدروليكي همچون جكت ها، سد هاي بتني، سكو هاي فرا ساحل، سازه هاي ساحلي، تخليه كننده هاي هيدروليكي و... علم پايش سلامت همراه با روش هايي كه براي اين مهم صورت مي پذيرد مورد بررسي قرار گرفته است و در انتها روش بهينه كه مبتني بر دقت بالا ،كم ترين خطا در برداشت پاسخ از سازه باشد، مورد بررسي قرار خواهد گرفت.
با استفاده از يك سيستم پايش سلامت سازه، اطلاعات قابل اعتماد از سازه كسب شده و نقصهاي سازهاي در مراحل اوليهي رشد آسيب، تشخيص داده ميشود. تشخيص زودهنگام نقصها از طريق سيستم پايش سلامت موجب كاهش هزينههاي نگهداري و جلوگيري از وقوع فاجعه شكست سازه ميشود. طيف گستردهاي از تكنيكها، الگوريتمها و روشها براي پايش سلامت سازههاي مختلف از اعضاي سازهاي پايه نظير تيرها و صفحات تا سازههاي پيچيده نظير سكو هاي فراساحل و جكت ها بكار رفته است. در اين تحقيق سيستم ژنتيك فازي براي پايش سلامت سازه هاي عمراني به عنوان يكي از روش هاي بهينه اثبات گرديده است.
اهميت و ضرورت پايش سلامت سازه هاي هيدروليكي
كشور ايران داراي يك موقعيت استراتژيك است به طوري كه از طرف شمال و جنوب بترتيب به درياي خزر و خليج فارس متصل است. به تبع وجود اين دو درياي بزرگ سازه هاي دريايي خاصي نياز است كه بايد روي آن ها سرمايه گذاري زيادي شود. با سرمايه گذاري بر روي سازه هاي دريايي مي توان شرايط را براي ورود توريست ها به كشور فراهم نمود و موجب رونق اقتصادي شد. سازه هاي دريايي به دو گروه كلي سازه هاي ساحلي و سازه هاي فراساحلي تقسيم بندي مي شود.
سازه هاي دريايي ساحلي شامل سازه هايي نظير موج شكن ها، انواع اسكله ها و خطوط لوله ساحلي و …مي باشد. تقريبا بيشتر سازه هاي دريايي سنگين كه در دسته ي ساحلي قرار دارند در واقع خارج از فضاي دريا و بيرون آب هستند و برعكس سازه هاي دريايي فراساحلي همانطور كه از اسمشان مشخص است چيزي فراتر از يك ساحل را پوشش مي دهند و در بيشتر موارد در داخل فضاي آب و دريا مورد استفاده قرار مي گيرند. سازه هاي دريايي فراساحلي شامل سكوهاي نفتي، سكوهاي تفريحي، پايانه هاي فراساحلي، سكوهاي بادي و خطوط لوله كف دريا مي باشند كه همه ي اين ها در كف دريا و در عمق آب ايجاد مي شوند.
از آنجايي كه سازه هاي هيدروليكي در ايران همچون سكوي ميدان نفتي بهرگانسر در شمال استان بوشهر، سد زاينده رود كه به ترتيب در سال هاي ١٣٤١ و ١٣٤٩ مورد بهره برداري قرار گرفتند عمري بيش از ٣٠ سال را مي گذرانند به شدت خلاء وجود يك سيستم پايش سلامت قدرتمند در آن ها قبل از وجود حوادثي سهمگين احساس مي شود.
ضرورت و اهميت شناسايي خرابي
وقوع خرابي در سد ها، جكت ها، سكوهاي نفتي و بطور كلي تمام سيستمهاي سازهاي در طول عمر آنها امري اجتناب ناپذير ميباشد. تاكنون نمونههاي زيادي از انواع خرابيها در سازههاي مختلف مهندسي به ثبت رسيده كه در پي وقوع آنها، خسارات جاني و مالي فراواني به بار آمده است. بيشتر اين خرابيها را ميتوان با بررسيهاي اوليه از وضعيت موجود سازهها، اصلاح نمود و بدين ترتيب از گسترش خرابي در سازهها و فروريختن آنها جلوگيري كرد. اين موضوع در مناطق زلزلهخيز كه خرابيهاي موضعي در المانهاي سازه ميتواند منشأ خرابيهاي كلي باشد، اهميت موضوع پايش سلامتي سازهها را دو چندان مينمايد.
بنابراين تعيين خرابي در سيستمهاي سازهاي و اجزاي آن براي افزايش ايمني و اطمينان از وضعيت موجود سازهها امري مهم و ضروري است. اگر خرابي در سيستمهاي سازهاي به طريقي قابل شناسايي باشد، ميتوان با تعمير يا تعويض المانهاي آسيبديده از وقوع خرابيهاي كلي سازه جلوگيري نمود. در نتيجه سيستمهاي تشخيص خرابي ميتوانند نقش بسيار مهمي را در ايمنسازي و بهسازي سازهها و جلوگيري از خسارات مالي و جاني ناشي از فروريختن سازهها ايفا نمايند.
در حالت كلي خرابي به تغييرات ايجاد شده در يك سيستم اطلاق ميگردد كه اثرات سوء بر عملكرد آن سيستم در حال و آينده دارد.در يك تعريف ساده، خرابي هرگونه تغيير يا انحراف از هندسه اصلي يا ويژگيهاي مصالح و همچنين تغيير در شرايط مرزي و پيوستگي سيستم است كه تأثيرات سوء بر عملكرد سيستم دارد. خرابي با تغيير خصوصيات فيزيكي مصالح - جرم، سختي و ميرايي - سازه توأم خواهد بود.
خرابيهاي فاجعه آفريني كه خسارتهاي جاني و مالي زيادي به همراه داشته است موجب افزايش توجه به عيبيابي شده است. پيشرفت روزافزون كامپيوترها و روشهاي هوش محاسباتي١و مصنوعي، توسعه و پيشرفت تكنولوژي ساخت سنسورها و پيوند آنها با علوم مختلف به خصوص در زمينه عيبيابي، توجه بيشتر محققين اين رشته را به روشهاي عيبيابي مبتني بر راهكارهاي محاسباتي معطوف كرده است.
