بخشی از مقاله
چکیده:
آسیب به وجود آمده در سازه با شدت متفاوت و در نقاط مختلف سازه اتفاق میافتد که این امر میتواند بهرهبرداری از سازه را مختل سازد و باعث بوجود آمدن خسارات بیشتری در آینده گردد. شناسایی خسارت و پایش سلامت سازه و اقدام به موقع جهت ترمیم آسیبدیدگی موجود امری ضروری است. پایش سلامت سازه مسائلی همچون تشخیص و بررسی آسیب و ارزیابی ایمنی سازه را مورد بحث قرار میدهد. مهمترین بحث در مورد شناسایی خسارت در سازه استفاده از روشهای غیرمخرب برای شناسایی خرابی است.
این تعریف خرابی در مقایسه دو وضعیت متفاوت از یک سیستم معنا دارد که یک وضعیت به عنوان وضعیت سالم و بدون نقص خواهد بود و وضعیت دیگر به عنوان وضعیت آسیب دیده میباشد. با قیاس برخی از پارامترها در این 2 وضعیت میتوان به وجود خرابی در سازه پی برد. با توجه به اینکه حفاظت از ساختمانهای تاریخی میتواند با افزایش دانشی عمیق از رفتار سازهای آنها میسر باشد.
در این پژوهش اقدام به شناسایی خسارت در یک بنای تاریخی شد. بنای مورد نظر در این پژوهش، ایوان و گنبد مسجد تاریخی جامع شهر سمنان بودهاست. بنای موردنظر در نرمافزار آباکوس مدل گردید و سپس با کمک رکورد زلزلههای مختلف مورد تحلیل قرار گرفت و پاسخهای شتاب نقاط مختلف سازه استخراج گردید و با کمک نرمافزار متلب مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که تئوری موجک قادر به شناسایی خسارت میباشد.
-1 مقدمه
پایش سلامت سازه یکی از انواع روشهای ارزیابی غیرمخرب میباشد که سلامت سازه در طول دوران بهرهبرداری را تخمین میزند. خسارت باعث بروز اثرات نامطلوبی بر روی عملکرد سازه میگردد، لذا شناسایی خسارت باعث کاهش هزینههای تعمیر و افزایش عمر مفید سازه میگردد. خسارتهای وارد بر سازه میتوانند به انواع مختلفی باشند که یکی از آنها ترک میباشد که میتواند باعث کاهش جرم و سختی سازه گردد. ترکها در سازه میتوانند باعث به وجود آمدن خسارات جدی باشند.
ترک میتواند آغازگر خرابیهای سازهای باشد. در دهههای اخیر روشهایی که باعث شناسایی خسارت در سازهها از قبیل ترک باشند، مورد توجه بسیاری از پژوهشها قرار گرفته است. وسترونی1 و همکارش در سال 2013، نظارت بر سلامت ساختاری کلیسای ماکسنتیوس رم را مورد بررسی قرار دادند. در این پژوهش اقدام به سادهسازی الگوی ترک شدهاست و نتایج فرکانسهای طبیعی و اشکال مودی استخراج شدهاست. نتایج بدست آمده از تحلیل دینامیکی نشان دادهاست که سطح ارتعاش بنای مورد نظر نزدیک به سطح هشدار میباشد و از این مقدار تجاوز نکردهاست.[1]
خاتم و گلافشانی در سال 2004 بررسی کردند که پیبردن به وجود آسیب در تیر با استفاده از طیف فوریه دو پاسخ تیر سالم و تیر آسیب دیده عملا" غیرممکن است و نیازمند به ابزاری است تا به کمک آن محلی را که در آن، عاملی سبب تغییرات اندک در محتوای فرکانسی سیگنال شده، را تعیین نمود .[2] گالوین2 و همکارش در سال 2013 با استفاده از روش تبدیل موجک روشی را جهت شناسایی خسارت ارائه نمودند که موقعیت خسارت را از روی تغییرشکلهای مودی سازه سالم و سازه آسیبدیده تشخیص میداد و همچنین توانستند روشی مناسب جهت حل مشکلاتی که در آسیبهایی که در ابتدا و انتهای طول سازه به وجود میآمد، پیشنهاد دهند.[3]
Zhu و Law در سال 2006 روشی را بر مبنای تبدیل موجک تیر تحت بار متحرک به منظور تشخیص خرابی ارائه دادند. آنها مدل عددی و آزمایشگاهی یک تیر را مورد بررسی قرار دادند و با داشتن پاسخ سازه در یک نقطه، تبدیل موجک برای تشخیص خرابی انجام شد. روش پیشنهادی به میزان قابلقبولی در پیشبینی سناریوهای مختلف آسیبدیدگی در مدل عددی ارائه میدهد.[4] عزالدین و همکاران در سال 2014 با مدلسازی یک تیر با ابعاد عمومی یکسان و شرط تکیهگاهی دو سر مفصل، با کمک روش تبدیل موجک اقدام به تشخیص محل و همچنین میزان ترک نمودند. مشخص گردید که این روش عملا" قادر به تشخیص ترکهای نزدیک تکیه گاه نیست. .[5]
-2 تعریف تابع موجک
تبدیل سیگنال یک ابزار ریاضی رایج است که به طور گسترده در پردازش سیگنال استفاده میشود. هدف از اعمال یک تابع ریاضی بر یک سیگنال، به دستآوردن اطلاعات اضافهای است که در سیگنال خام اولیه قابل دسترس نمیباشند. یکی از رایجترین روشها در زمینه پردازش سیگنال، تبدیل فوریه میباشد. ضرایب بدستآمده از این تبدیل، شباهت بین سیگنال مورد نظر و توابع سینوسی به کار رفته در تبدیل فوریه را نشان میدهد. ضرایب فوریه برای تابع سیگنال بصورت زیر در رابطه - 1 - ارائه می شود.
در تبدیل موجک همانند تبدیل فوریه، ضرایب آن بیانگر میزان شباهت میباشند با این تفاوت که در تبدیل فوریه، تابع سیگنال مورد نظر در یک تابع سینوسی ضرب شده و شباهت میان این دو تابع بررسی میگردد ولی در آنالیز موجک، جهت تقریب دقیق تر از توابع موجک استفاده شده و این توابع بطور جداگانه بر روی قطعههای مختلف سیگنال ضرب میشوند.
یکی از تبدیلات موجک پرکاربرد در زمینه مشاهده ناپیوستگیها و اغتشاشات کوچک در یک سیگنال، تبدیل موجک گسسته میباشد. روند پردازش سیگنال در تبدیل موجک گسسته، تجزیه یک سیگنال در چند مرحله میباشد. توابع موجک بایستی به نحوی انتخاب شوند تا علاوه بر شباهت فرکانسی با سیگنال، دارای محتوای فرکانسی بالایی نیز باشند تا بتوانند ناپیوستگی-های بسیار کوچک موجود در سیگنال را به خوبی شناسایی نمایند. محاسبه ضرایب ویولت در تمامی مقیاسها نیاز به حجم محاسباتی بالایی داشته و دادههای زیادی نیز تولید مینماید. در تبدیل ویولت گسسته، سعی بر آنست که به نحوی حجم محاسباتی و دادههای تولید شده کاهش داده شود تا در عین حال دقت محاسباتی دچار افت چندانی نشود.
-1-2 تابع موجک مورد استفاده در این پژوهش
در این پژوهش دو تابع موجک جهت شناسایی خسارت در سازه در نظر گرفته شده تا تفاوت شکل تابع موجک در سیگنال نیز بررسی گردد. این دو تابع موجک در شکلهای 1 و 2 آورده شده است.
-3 مدلسازی ایوان و گنبد بنای تاریخی مسجد جامع شهر سمنان
مسجد جامع سمنان در زمره کهنترین آثار معماری اسلامی به شمار میرود. بنای کنونی مسجد، شامل ایوان، مقصوره و صحن است. زیباترین بخش این بنا، ایوان آجری و رفیع آن است که در قسمت غربی صحن مسجد قرار دارد. این ایوان مشرف به گنبد اصلی است. مدلسازی سهبعدی بنای تاریخی ایوان و گنبد مسجد تاریخی جامع شهر سمنان، در نرمافزار AUTOCAD انجام گردیدهاست. ایوان متصل به گنبد دارای کد ارتفاعی 22/87 متر میباشد و عرض ان برابر با 13/53 متر است. بالاترین نقطه گنبد نیز دارای کد ارتفاعی 12/13 متر میباشد.
