بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش از دادههای مودال برای شناسایی محل و شدت خسارتهای تدریجی در سازههای بتن مسلح استفاده میشود. برای این منظور، الگوی عددی تیر بتنی مورد بررسی قرار میگیرد. اعمال بارهای استاتیکی در چندین مرحله، خسارتهای تدریجی را در نمونه بوجود میآورند. دادههای مودال در پایان هر مرحله از بارگذاری به دست میآیند و به عنوان ورودی شاخص خسارت در نظر گرفته میشوند.
نتیجههای به دست آمده از این شاخص نشان دادند در حالت کلی استفاده از یک شکل مود خاص برای شناسایی خسارتها مناسب نیست. از این رو، شاخص خسارت نوینی ارائه شد که همهی شکل مودها را در نظر میگیرد. شاخص پیشنهادی، توانست روند افزایش خسارت در مرحلههای مختلف بارگذاری را به خوبی ترسیم کند و میتوان از آن برای شدتسنجی خسارتهای تدریجی بهره جست.
1. مقدمه
توانایی ارزیابی سازهها و شناسایی خسارت در مرحلههای اولیه در آنها از اهمیت ویژهای برخوردار است. در دو دهه اخیر، روشهای تحلیلی، عددی و آزمایشگاهی فراوانی برای بهبود روشهای شناسایی خسارت در سازههای آسیب دیده گسترش یافتهاند. خسارت در سازه باعث کاهش سختی و در نتیجه تغییر در ویژگیهای ارتعاشی و عاملهای مودال - بسامدهای طبیعی، میرایی مودال و شکلهای مودی - سازه میشود. بنابراین با بررسی این عاملها میتوان به ارزیابی سازهها پرداخت
تاکنون، روشهای بسیاری برای تعیین خسارت بر اساس دادههای مودال پیشنهاد شدهاند. [2] Betti در سال 2005 خاطرنشان کرد که ارائه یک راهکار برای همه سازهها و برای همه موقعیتها مناسب نیست و باید بتوان با توجه به خطی و غیرخطی بودن، دامنه زمانی یا بسامدی و تغییرپذیری یا تغییرناپذیری نسبت به زمان، راهکار مناسب را برگزید.
بنا به نوشتههای Doebling و همکاران [3]، همه کمیتهای مودال از حساسیت یکسانی نسبت به خسارت برخوردار نیستند. هنگامی که در سازه بیش از یک ناحیه خسارت باشد، برخی از روشهای ارزیابی خسارت نمیتوانند مکان دقیق خسارت را نشان دهند. یک روش ارزیابی باید بتواند خسارتی را که در گامهای نخست رویداده شناسایی و مکانیابی کند، برآوردی از گسترش خسارت بدهد و عمر باقیمانده سازه را پیشبینی کند. برای رسیدن به این هدف باید روشهای ارزیابی خسارت بهبود یابند
در بیشتر پژوهشهایی که تا کنون انجام شده است، خسارت در نمونهها به صورت ساختگی در محلها و با شدتهای از پیش تعیین شده، مورد مطالعه قرار گرفتهاند
این خسارتها، با آنچه در عمل رخ میدهد سازگاری چندانی ندارد. از این رو، در این پژوهش تلاش شده است خسارتهای تدریجی ارزیابی شوند تا گامی در جهت تطابق بیشتر شناسایی آسیبهای واقعی در سازهها برداشته شود.
در این مقاله برای شناسایی خسارتهای تدریجی در نمونه تیر بتن مسلح، شاخص خسارتی بر اساس دادههای مودال معرفی میشود. شکل مودهای ارتعاشی، به عنوان ورودی این شاخص در نظر گرفته میشوند. در الگوهای عددی، خسارتهای تدریجی با اعمال بارگذاری در چند مرحله در تیر ایجاد میشوند. این خسارتها، به کمک شاخص پیشنهادی شناسایی و توانایی روش در شدتسنجی خسارتها ارزیابی میشوند.
2. نمونهی عددی
به منظور ارزیابی خسارتها، الگوی عددی سهبعدی نمونه تیر بتنی با مقطعی مستطیل شکل به عرض 15cm و ارتفاع 20cm و طولی به اندازهی 220cm به کمک نرمافزار ABAQUS ساخته شد .[7] فولادهای خمشی این نمونه را دو میلگرد 12 در بالا و پایین مقطع و فولادهای عرضی آن را میلگردهای 8 در فاصلهی 10cm از یکدیگر تشکیل میدهند. ویژگیهای بتن و فولاد موجود در این الگو در جدول - 1 - آمده است.
جدول .1 ویژگیهای مکانیکی مصالح در الگوی عددی
مصالح بتن در این نمونه غیرخطی و با قابلیت کاهش سختی و مقاومت به عنوان خسارت در آن در نظر گرفته شدند. این خسارتها بهصورت تدریجی با اعمال بارهایی گسترده بر تیر و بر اساس کرنشهای ایجاد شده در بتن به وجود میآیند. با توجه به رفتار بتن و مقاومت ناچیز آن در کشش، درصد خسارتهای در نظر گرفته شده در حالت کششی نسبت به حالت فشاری، بیشتر در نظر گرفته شدند. شکلهای - 1 - و - 2 - به ترتیب اجزای تشکیل دهنده و چگونگی مشبندی در الگوی عددی نمونه را نشان میدهند.
شکل .1 اجزای تشکیلدهندهی نمونه.
شکل .2 چگونگی مشبندی نمونه.
در این پژوهش، برای ایجاد خسارتهای تدریجی در نمونه و تطابق بیشتر با آنچه در آزمایشهای شناسایی خسارت انجام میشود، بارهای گسترده استاتیکی در چند گام به نمونه اعمال میشوند. شکل - 3 - ، چگونگی اعمال بارها را نشان میدهد.
شکل .3 چگونگی اعمال بارهای وارد بر نمونه.
پس از اعمال هر گام بارگذاری، تحلیل مودال روی نمونه صورت میپذیرد و شکل مودهای ارتعاشی آن به دست میآیند. روند اعمال بارهای استاتیکی و تحلیل مودال، تا آخرین گام بارگذاری پیگیری میشود. جدول - 2 - ، مقدار بارها در گامهای مختلف بارگذاری را نشان میدهد.
جدول .2 مقدار بارها در مرحلههای بارگذاری نمونه
شکل مودهای ارتعاشی در پایان هر گام بارگذاری، به عنوان دادههایی برای شناسایی خسارتهای تدریجی ایجاد شده در نمونه مورد استفاده قرار میگیرند. در ادامه، چگونگی شناسایی آسیبهای وارد بر نمونه به کمک این دادهها بررسی میشود.
3. روش تحلیلی
در این پژوهش، از دادههای مودال به دست آمده از نمونه، برای شناسایی خسارتهای تدریجی ایجاد شده در آن استفاده میشود. شکل مودهای ارتعاشی، یکی از مهمترین دادههای مودال هستند. از این رو، پس از پایان هر مرحله بارگذاری، تحلیل مودال انجام شد و شکل مودهای نمونه محاسبه شدند. شکل - 4 - ، مودهای اول تا سوم نمونه در مرحلهی آسیبندیده - L0 - و در مرحلهی نهایی بارگذاری - L8 - را نشان میدهد.
