جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "پایش سلامت" در نشریات گروه "عمران"
تکرار جستجوی کلیدواژه «پایش سلامت» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و چهارم شماره 2 (پیاپی 115، تابستان 1403)، صص 85 -95
پایداری و سلامت سکوهای دریایی به دلایل مسائل زیست محیطی، هزینه نصب زیاد و ارزشمندی این نوع سازه ها در وضعیت اقتصاد کشور، حائز اهمیت می باشد. مهم ترین خرابی های سازه های دریایی از نوع خستگی و خوردگی می باشند، پایش و بازرسی این سازه ها در درازمدت برای تشخیص و شناسایی چنین خرابی هایی به همراه پیش بینی عمر مفید اعضای سازه برای مدیریت سکوها، امری لازم و ضروری می باشد. در این مقاله به بررسی روشی هوشمند برای پیش بینی عمر مفید اعضا در سکوهای دریایی به کمک روش یادگیری ماشین پرداخته می شود. به این منظور سکویی واقعی درمحیط خلیج فارس در نرم افزار SACS مدل سازی شده و با ایجاد سناریوهای مختلف خرابی در آن با استفاده ازنتایج آنالیز خستگی طیفی در نرم فزار SACS، به پیش بینی عمر مفید اعضای سازه به کمک الگوریتم های یادگیری ماشین پرداخته می شود و رویکردهای مدیریتی با توجه به آنالیزهای صورت گرفته ارائه می گردد. نتایج ارزیابی الگوریتم به کارگرفته شده بر روی 20 درصد از نمونه هایی که آموزش داده نشده بودند نشان می دهد که دقت این الگوریتم در تخمین عمر مفید خستگی اعضای حساس معادل 94 درصد می باشد.
کلید واژگان: عمر مفید, پایش سلامت, سازه های فراساحل, جنگل تصادفی, تحلیل طیفی خستگیJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:54 Issue: 2, 2024, PP 85 -95Introduction Considering the importance and high cost of construction and maintenance of offshore platforms for the purpose of oil and gas extraction, and considering the fact that in case of failure, they can cause many environmental disasters, technical inspection of their structural condition is of serious importance. In addition to the high cost, this does not cover all aspects and it is very difficult to detect the failure in this case. Due to the repetitive nature of most of the environmental loads in the seas, these structures are constantly exposed to multiple and repetitive loadings. The phenomenon of fatigue is one of the effective factors in the health of these types of structures, so that during the past decades, the offshore industry has witnessed unfortunate events that often occurred due to the phenomenon of fatigue. One of the unpleasant cases can be mentioned the disaster of the Norwegian semi-submerged oil platform in the North Sea, named as the Kyland Alexandria, in which 123 people of the platform's crew lost their lives. One of the main braces connected to the base of the pontoon was completely broken and separated from the platform, causing the platform to completely overturn. The semi-submersible rig Sedo 135, which began operating in the Gulf of Mexico in 1965, suffered a fatigue failure in one of its rigs in 1967 after two years. One of the most widely used platforms in the Persian Gulf is the fixed platform of the stencil or jacket type, which is a steel structure that has braces and a deck, and foundations that are fixed on the sea floor by numerous piles. Fatigue cracks are the main failure factor in fixed jacket platforms (Ibrion et al., 2020).
Keywords: Remaining Life, Health Monitoring, Offshore Structures, Random Forest, Fatigue Spectral Analysis -
با توجه به افزایش سن پل ها، تبیین و استفاده از روش های موثر شناسایی خسارت جزئی به کمک سیستم های پایش سلامت از اهمیت بالایی برخوردار می باشند چراکه امکان بازسازی آسیب ها را قبل از افزایش خسارت مهیا می کنند از اهداف اصلی این مقاله، ارائه روشی موثر و کارآمد جهت پایش سلامت و تشخیص خسارت جزئی در پایه پل مستقیم با استفاده از منحنی های شکنندگی نیروهای هارمونیک و ارائه معیاری جهت نمایش همبستگی منحنی های شکنندگی در حالت های سالم و آسیب دیده می باشد و برای دستیابی به این اهداف یک مدل کامل پل مستقیم که شامل 8 پایه که هرکدام به ارتفاع 10 متر و عرشه آن شامل 5 دهانه که طول هر دهانه 15 متر و طول کلی عرشه 75 متر در نرم افزار تخصصی طراحی پل، CSI Bridge مدل سازی و در ادامه صحت سنجی شده است. جهت مشخص شدن آسیب پذیرترین ستون جهت مدل سازی آسیب جهت عملیات پایش سلامت، سه رکورد زلزله متناسب با خاک محل ساختگاه به صورت متوالی به مدل اعمال شدند و با بررسی کاهشی که درشیب نمودارهای ممان-چرخش ایجادشده بود، میزان آسیب رخ داده در پایین ستون تشخیص داده شد و درنهایت مشخص شد که پایه های میانی بیشتر مستعد آسیب های لرزه ای بودند و عملیات پایش سلامت روی یکی از ستون های میانی انجام شد. جهت ترسیم منحنی های شکنندگی نیروهای هارمونیک ابتدا نیروهای هارمونیک به بالای ستون اعمال شدند و سپس چرخش های ایجادشده که در پایین ستون اندازه گیری شدند و با توجه به داده های به دست آمده و با استفاده از روابط مربوطه، منحنی های شکنندگی رسم شدند و شاخص شدت بیشینه ی نیرو و شاخص خسارت چرخش رخ داده در پایین ستون و سطح عملکرد تعریف شده ی فراگذشت از حالت خطی از مشخصات این منحنی های شکنندگی می باشند و برای رسم منحنی شکنندگی در حالت آسیب دیده نیز ابتدا نیروی زلزله موردنظر به پل اعمال شد و سپس نیروهای هارمونیک به بالای ستون موردنظر اعمال شدند. نتایج این تحقیق نشان می دهند که منحنی های شکنندگی نیروهای هارمونیک با توجه به مشخصات تعریف شده، در حالت های سالم و آسیب دیده جزئی به خوبی رسم شده اند و آسیب های جزئی با شدت های مختلف، به درستی تشخیص داده شده اند. جهت بررسی همبستگی منحنی های شکنندگی نیروهای هارمونیک در دو حالت آسیب دیده و سالم نیز دو معیار جدید PCOMAC و PDI معرفی شدند که نتایج این مقاله نشان می دهند که معیار PCOMAC معیار بسیار مناسبی جهت بررسی همبستگی منحنی های شکنندگی نیروهای هارمونیک می باشد.
کلید واژگان: پایش سلامت, تشخیص خسارت, پایه های پل, منحنی های شکنندگیDue to the increase in the age of bridges, the explanation and use of effective methods for detecting partial damage with the help of health monitoring systems are crucial since they provide the conditions for repairing the damage before the damage increases. One of the primary goals of this article is to provide an effective and efficient method for health monitoring and detect partial damage in the pier of a straight bridge using fragility curves of harmonic forces, and provide a criterion to show the correlation of fragility curves in healthy and damaged states. To achieve these goals, a complete model of a straight bridge that includes 8 piers, each 10 meters high and its deck includes 5 openings, the length of each is 15 meters, and the total length of the deck of 75 meters was modeled in the CSI Bridge software, and then, was validated. To detect the most vulnerable column for damage modeling for health monitoring operations, three earthquake records corresponding to the soil of the construction site were successively applied to the model. By examining the decrease in the slope of the moment-rotation graphs, the level of damage that occurred at the bottom of the column was detected. Finally, it was found that the middle piers were more prone to seismic damage and health monitoring operations were performed on one of the middle columns. To draw the fragility curves of harmonic forces, harmonic forces were first applied to the top of the column, and then, the rotations created at the bottom of the column were measured. Based on the obtained data and using the relevant relations, the fragility curves were drawn. The index of the maximum intensity of force, the index of rotation damage that occurred at the bottom of the column, and the defined performance level of exceedance from the linear state are the characteristics of these fragility curves. To draw the fragility curve in the damaged state, the desired earthquake (seismic) force was first applied to the bridge, and then, harmonic forces were applied to the top of the desired column. The results of this study revealed that the fragility curves of harmonic forces have been drawn well in healthy and partially damaged states according to the defined characteristics, and partial damages with different intensities have been correctly detected. To examine the correlation of the fragility curves of harmonic forces in both damaged and healthy states, two new criteria PCOMAC and PDI were introduced. The results of this article indicate that the PCOMAC criterion is very suitable for examining the correlation of fragility curves of harmonic forces.
Keywords: Health Monitoring, Damage Detection, Bridge Piers, Fragility Curves -
در سال های اخیر شناسایی آسیب بر پایه ارتعاش برای ارزیابی خسارت در سازه به کار گرفته شده است. در این حالت تشخیص آسیب بر مبنای تغییر پاسخ دینامیکی قبل و بعد از خرابی است. در این پژوهش از روش ماتریس نرمی برای شناسایی آسیب در پل های سگمنتال (پل تقاطع امام خمینی (ره) استفاده شده است. مزیت این روش، دقت و حساسیت آن به تعداد مودهای اندک برای سازه های بزرگ است. این پل در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد و پس از اعمال وزن و نیروی پیش تنیدگی در کابل ها، فرکانس و اشکال مودی برای شرایط سالم و آسیب دیده استخراج شد. شرایط آسیب دیده شامل سه سناریو به صورت تکی (در یک مکان) و چندگانه (در چند مکان و به صورت هم زمان) در عرشه پل و همچنین اعمال آسیب در ستون بود. هرکدام از آسیب های فوق شامل کاهش سختی معادل به اندازه 30 درصد بود. نتایج نشان داد که این روش قادر به تشخیص آسیب ها در عرشه بود. اما برای پایش سلامت ستون، به بررسی بیشتری نیاز داشت. همچنین دقت پایش سلامت با استفاده از دو مود نیز بررسی شد که از دقت قابل قبولی نسبت به استفاده از 6 مود برخوردار بود.کلید واژگان: پایش سلامت, ماتریس نرمی, پل سگمنتال, تحلیل مودال, تحلیل اجزا محدودIn recent years, vibration-based damage detection has been used to assess damage to structures. In this case, damage detection is based on changing the dynamic response before and after damage. In this research, the flexibity matrix method has been used to identify damage in segmental bridge (Imam Khomeini intersection bridge). The advantage of this method is its accuracy and sensitivity to a small number of modes for large structures. The bridge was simulated in Abacus software and after applying weight and prestressing force to the cables, the frequency and modal shapes were extracted for healthy and damaged conditions. Damaged conditions included three scenarios, single (in one place) and multiple (in several places and simultaneously) on the bridge deck as well as damage to the column. Each of the above damages involved a 30% reduction in stiffness. The results showed that this method was able to detect damages in the deck. But more investigation was needed to monitor the health of the column. The accuracy of health monitoring was also assessed using two modes, which had acceptable accuracy compared to the use of 6 modes.Keywords: Health monitoring, Flexibility matrix, Segmental bridge, Modal Analysis, finite element analysis
-
مسیله تعیین نیروی پیش تنیدگی در تاندون های سازه های بتنی پیش تنیده و پایش عدم تجاوز افت پیش تنیدگی از مقادیر مجاز، مسیله ای است که در طول دهه های گذشته محققان بسیاری به آن پرداخته و روش هایی در این زمینه ارایه کرده اند. امروزه به منظور پایش افت پیش تنیدگی، حسگرهایی پیش از نصب، در سازه های بتنی پیش تنیده مهم تعبیه میشود. لیکن نظر به عدم پیش بینی تجهیزاتی از این دست در سازه های قدیمی، پایش این نیروها، مستلزم آزمایشات مخرب ویا غیرمخرب اما کم دقت است. لذا در این نوشتار، روشی ارایه شده است که بدون نیاز به حسگرهای موصوف و آزمایشات مخرب، تنها با اندازه گیری تغییرمکان های استاتیکی، قادر به تشخیص میزان افت پیش تنیدگی در تاندون های مقطع یک تیر بتنی پیش تنیده میباشد. در این راستا الگوریتمی در محیط برنامه Python و مبتنی بر الگوریتم ژنتیک و همچنین مدلسازی در برنامه تحلیل اجزای محدود فراهم شده است. مثال عددی ارایه شده در این تحقیق نشان میدهد، الگوریتم پیشنهادی مقادیر افت پیش تنیدگی را حتی با وجود ده درصد خطای عمدی ناشی از اندازه گیری، با دقت مطلوبی شناسایی میکند.
کلید واژگان: پایش سلامت, نیروی پیش تنیدگی, تیرهای پیش تنیده, پاسخ های استاتیکی, الگوریتم ژنتیکThe problem of determining the prestressing force in the tendons of prestressed concrete structures and monitoring the non-exceedance of prestressing drops is an issue that has been addressed by many researchers over the past decades and has provided methods in this field. Today, pre-installation sensors are installed in important prestressed concrete structures to monitor prestressing loss. However, due to the unpredictability of such equipment in older structures, monitoring of these forces requires destructive or non-destructive testing but is inaccurate. Therefore, in this paper, a method is presented that without the need for these sensors and destructive tests, only by measuring static displacement, is able to detect the amount of prestressing loss in the cross-sectional tendons of a prestressed concrete beam. In this regard, an algorithm in the Python program environment based on genetic algorithm as well as modeling in the finite element analysis program is provided. The numerical example presented in this research shows that the proposed algorithm detects the values of prestressing loss with good accuracy even in spite of 10% of the intentional error due to measurement. In recent years, the use of prestressing methods has become much simpler and more effective, and its materials have been optimized. Today, a high percentage of structures under construction worldwide are built using this technology, and the advance has found wide applications in the construction of office buildings, residential, commercial, parking lots, sports stadiums, concrete tanks and special structures such as piers. Therefore, in recent years, for long-term monitoring of prefabricated structures, equipment and sensors sensitive to force drop, such as fiber optic sensors and FBG sensors in the construction phase are predicted and installed in the desired locations. [13] However, since the above equipment requires a lot of money and it is not possible to use them in old structures, the need for a technique that shows the amount and location of force reduction in all tendons without using them remains. Therefore, in this paper, a method is presented that, while using the simplest tools, provides the most accurate results only by measuring static displacements under the effect of various loading scenarios and using an artificial intelligence algorithm based on genetic algorithm. The proposed method is based on computer analysis and comparison of the results of two prestressed concrete beams with the same geometry, loading and arrangement of tendons. First, a specific prestressing beam is modeled in the SAP2000 analysis program and the desired prestressing forces are applied to it, and then these forces are reduced in some of the studied tendons. This deliberate change in prestressing values is considered as failure and the technique presented in this mapping tries to discover the extent and location of failure of this beam. In other words, this paper is the determination of the amount of prestressing force in prestressed concrete beams in which force measuring sensors are not predicted without the need for destructive testing and only by measuring the static displacement under load. In the form of a numerical example on a prestressed concrete beam consisting of 6 steel tendons and using a genetic algorithm, it was shown that the displacement is a function of the amount of prestressing and its location and amount of reduction by the technique used. It was correctly detected with 93% accuracy when 10% of the deliberate error due to displacement field measurement was applied. As a suggestion for future work, this research will be able to be developed in the simultaneous diagnosis of prestressing reduction and beam concrete failure.
Keywords: health monitoring, prestress force, prestressed beam, static response, genetic algorithm -
شناسایی خرابی های سازه یی با روش های ارتعاش - مبنا از جمله مسایلی بوده است که به دلیل ماهیت غیرمخربی اش، بسیار به آن توجه شده است. این موضوع در مورد سدهای بتنی قوسی، اهمیتی دوچندان دارد و عدم شناسایی خرابی های موضعی در ابرسازه های ذکر شده و گسترش آن، ایجاد خرابی های کلی و ناگهانی و به دنبال آن تحمیل خسارت های عمده ی جانی و مالی را در سطح ملی و جهانی در پی خواهد داشت. در مطالعه ی حاضر، به بررسی آثار خرابی در ویژگی های مودال در سدهای بتنی قوسی پرداخته شده است. برای این منظور مدل اجزاء محدود یک سد بتنی قوسی، با سناریوهای مختلف خرابی، شامل: 9 محل مختلف و 3 سطح از خرابی به همراه تغییر در ویژگی های مودال سیستم قبل و بعد از وقوع خرابی بررسی شده است. نتایج پارامترهای مودال سازه ی سالم و سیستم های آسیب دیده نشان می دهند که بسامدهای طبیعی سیستم، حساسیت کمتری نسبت به شکل مودهای سیستم در برابر خرابی دارند. همچنین، خرابی های موجود در قسمت های بالایی و میانی، اثر بیشتری در تغییرات مشخصات مودال سیستم نسبت به مناطق پایینی از بدنه ی سد می گذارند.
کلید واژگان: پایش سلامت, سد بتنی قوسی, خصوصیات مودی, شدت و محل آسیب, بسامد طبیعی, شکل مودDams are among the most important and largest engineering structures used to supply potable and agricultural water and hydro-power as well as prevent seasonal floods. Human experience has shown that when damage occurs in these megastructures, there are irreversible financial, environmental, and fatal losses. Therefore, the issue of safety and proper performance of dams is of vital importance both in terms of designing new structures or health monitoring of the old structures. This subject is of more particular importance in the case of concrete arch dams, since in the absence of identification of small and minor damages, with the growth and spread of structural damages, a general failure may occur in these infrastructures with considerable human and financial losses. Nevertheless, concrete arch dams have been less broadly considered in the investigation, and most of the researches have included simple structures with a low-degree-of-freedom. Therefore, the main objective of this paper is to study the effects of structural damages (including the intensity and location) on the modal properties of these engineering systems. For this purpose, the modal characteristics of the structure, such as the natural frequencies and the shape-modes, are initially computed using finite element model on a concrete arch dam. Considering different scenarios for damage including, nine different locations (on different vertical and horizontal locations) are chosen. The modal characteristics of the system would be then determined before and after the occurrence of damage. In the presented research, the effects of damages at three levels of arch dam body on the modal parameters of the system are investigated. The comparison of the structural modal parameters of the intact and damaged states shows that first, the natural frequencies of the system have lower sensitivity than mode-shapes of the system, and also the damages to the top and middle are more effective than the corner zones on the modal features of the arc-dam body.
Keywords: Health monitoring, Concrete arch dam, Modal characteristics, Intensity, location of damage, natural frequency, Mode-shape -
پایش سلامت سازه ها، با وجود سپری شدن بیش از یک دهه از ورود آن به خدمات مهندسی عمران در ایران، همچنان به شکلی موثر در مدیریت نگه داشت پل ها مورد استفاده قرار نمی گیرد. این مسئله از یک سو به دلیل استفاده از روش های بیشتر غیرکاربردی و ارایه داده ها به جای ارایه اطلاعات سازگار با تصمیم گیری در مورد وضعیت پل ها؛ و از سوی دیگر به دلیل عدم معرفی چارچوبی مدون برای تشخیص ارزش مالی یک پروژه پایش سلامت و همچنین عدم ارایه معیاری معتبر به منظور برگزیدن طرح بهینه پیشنهادی پایش سلامت بوده است. در این مقاله به منظور ارایه راهکاری مناسب برای حل چالش های مذکور، آنالیز ارزش اطلاعات به عنوان چارچوبی مناسب برای تعیین ارزش ریالی پروژه های پایش سلامت معرفی شده است. افزون بر این، روشی مناسب و بهینه نیز برای انجام پروژه های پایش سلامت پل ها ارایه شده است. آنالیز ارزش اطلاعاتی روشی است که مشخص میکند با استفاده از اطلاعات دست آمده از یک پروژه پایش سلامت، تصمیم اتخاذ شده چه مقدار مقرون به صرفه تر شده است. همچنین، با انجام این آنالیز امکان انتخاب بهترین طرح پایش از بین چندین طرح از نظر اقتصادی فراهم می شود.در پایان به عنوان نمونه، آنالیز ارزش اطلاعات برای پایش سلامت یک پل شهری نیز مورد بحث قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده از این آنالیز، به کار بردن سنسورهای کرنش سنج به تعداد و با دقتی مشخص به هدف به روزسازی مدل عددی، می تواند اطلاعاتی ارزشمند را در رابطه با ایمنی این پل در اختیار مدیر تصمیم گیرنده قرار دهد. همچنین با استفاده از این تحلیل بهترین طرح سنسورگذاری برای پایش سلامت این پل به دست آمده است.
کلید واژگان: پل, پایش سلامت, به هنگام سازی مدل, تعمیر و نگهداری, ارزش اطلاعاتThe safety of bridges as the vital arteries of cities is of great importance. There are several factors that raise concerns about the safe performance of bridges, and resolving these concerns are dependent on the appropriate decision-making of urban managers throughout the service life of bridge. These factors can be divided into two major types. The first type are factors affecting the safety of a part or whole structure of bridge and producing concerns about the bridge collapse. For easing the danger of collapse, totally or partially, a proper decision should be made to improve the behavior of a specific part of bridge at a certain time during its service life. The second type are factors influencing the safety of one or more bridge elements and increasing the life cycle costs of bridge. To prevent the growth of bridge costs due to deterioration, an appropriate plan for repair and maintenance should be implemented in order to enhance the condition of one or several elements. In order to make the right decision, it is necessary to obtain accurate information on the condition of bridges. One of the best ways to get this information is to use bridge health monitoring. Health monitoring is the process of information acquisition from structure by installing sensors on its components and analyzing the data obtained from implemented sensors. By bridge structural health monitoring and interpreting the gathered data, the access to accurate and timely information, which is consistent with the reality of the bridge structure, is provided. Having the correct information about the bridge, the managers can decide at a lower level of risk. However, choosing specific monitoring strategy among different health monitoring systems for a bridge is a challenge that should be solved. A Quantitative index is needed to find the best technically and economically monitoring system. The value of information (VoI) analysis is used for determining the effectiveness of monitoring information in decision-making. VoI is a method which quantifies the price of information and specifies the cost-effectiveness of decisions made on the basis of monitoring. This analysis also makes it possible to choose the most economical monitoring strategy among several alternatives. In the VoI calculation, all the uncertainties involved in the performance of a Health monitoring and probabilities of any anticipated event are considered. Thus, the decision making based on VoI is risk-based and reliable especially for important structures like bridges. In this paper, after investigating the worries and solutions for eliminating worries about the bridges in detail and introducing the applications of structural health monitoring (SHM) systems for bridges, the equations governing the VoI analysis is presented and the procedures for determining the VoI is discussed, and as an example, the VoI analysis of a bridge is discussed. According to the results of this analysis, implementing a specific amount of strain gauges with specific accuracy can provide worthy information about the bridge safety for the manager. Moreover, by the VoI analysis, the best approach for sensing system of SHM in the bridge is determined.
Keywords: Bridge, Health Monitoring, Model Updating, Repair, Maintenance, Value of information -
پایش سلامت سازه ها پس از یک رخداد مهم، مانند وقوع زلزله های متوسط تا شدید امری بسیار ضروری است. در بسیاری از سازه ها و به ویژه سازه های بتنی، رفتار هیسترتیک غیرخطی توام با بروز پدیده هایی مانند: زوال سختی و مقاومت، اثر باریک شوندگی (پینچینگ) و یا ترکیبی از آن هاست. در نوشتار حاضر، یک روش موثر به منظور تخمین اشتراکی برخط حالت و پارامتر سیستم های دارای رفتار هیسترتیک غیرخطی با درنظر گرفتن اثر زوال و پدیده ی باریک شوندگی پیشنهاد شده است. تخمین هم زمان حالت و پارامتر در روش مذکور با بهره گیری از ترکیب فیلترکالمن بی رد و روش تقریب تصادفی رابینز مونرو انجام شده است. همچنین روش پیشنهادی بر روی دو سازه ی برشی یک طبقه و یک سازه ی 3 طبقه پیاده سازی شده و نتایج حاصل از فرایند شناسایی ارایه شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده از کارایی و استحکام روش پیشنهادی در تخمین هم زمان حالت ها و پارامترهای مجهول سازه حکایت دارد.
کلید واژگان: پایش سلامت, هیسترتیک غیرخطی, زوال سختی و مقاومت, اثر باریک شوندگی, فیلتر کالمن بی رد, تقریب تصادفی رابینز مونروRapid assessment of structural safety and performance following the occurrence of important events such as moderate to severe earthquakes is so significant and vital and reveals the need for developing online and pseudo-online health monitoring methods. Online monitoring methods can be implemented without the need for in-situ testing and expert staff to analyze the recorded data. In other words, these methods provide comprehensive information on the condition of the structure only by using the vibration data recorded by embedded sensors as well as the preset health monitoring algorithms. On the other hand, most civil structures exhibit a nonlinear response after severe incidents like earthquakes. In many cases, this nonlinear hysteretic behavior is along with stiffness deterioration, strength degradation, pinching effect, permanent plastic deformation, or a combination of them. Therefore, considering a comprehensive definition of damage that takes into account the nonlinear behavior of structures according to their type is one of the most important steps in the process of structural identification and evaluation. Various methods have been introduced in the literature for online estimation of states and parameters of nonlinear structures. However, the challenging part in most of these methods is the determination of parameters noise covariance matrix which becomes particularly important due to the increasing number of structural floors, thus increasing the number of unknown parameters. In this study, an effective method for online jointly estimation of state and parameters of nonlinear hysteretic structures with consideration of degradation and pinching phenomena is proposed. Simultaneous estimation of states and parameters is conducted using a combination of Unscented Kalman Filter as an effective estimator and Robbins-Monroe stochastic approximation technique as the parameters noise covariance matrix regulator. The abovementioned method was applied to two one-story and one three-story shear buildings and the results of the identification process were presented with emphasis on the effects of measurement noise, modeling error, and use of the Monte-Carlo random simulation method. Simulation results demonstrated the accuracy and efficiency of the proposed method in online jointly estimation applications as well as the desirable capability to track hysteretic curves of each structural floor.
Keywords: Online Health Monitoring, Nonlinear Hysteretic, Stiffness, Strength Degradation, Pinching Effect, Unscented Kalman Filter, Robbins-Monro Stochastic Approximation Technique -
با توجه به نقش حیاتی پل ها در شبکه حمل و نقل کشورها و همچنین تاثیر بسزای آن در اقتصاد و زندگی روزمره یک جامعه، حفظ خدمت دهی آن ها از اهمیت فوق العاده برخوردار است. از این رو ارایه روشی قابل اعتماد که بتوان بوسیله آن سلامت سازه ای پل ها را کنترل و آسیب های احتمالی را شناسایی نمود، ضروری می نماید. غالب روش هایی که در این زمینه ارایه شده است مبتنی بر مقایسه پاسخ سازه در حالت سالم و آسیب دیده می باشد و از آن جا که در عمل شرایط حالت سالم سازه در دست نیست این روش ها کاربرد عملی چندانی ندارند. در این پژوهش روشی که بدون نیاز به پاسخ سازه در حالت سالم قادر به شناسایی آسیب باشد مورد بررسی قرار گرفت. در این روش پاسخ جابه جایی دینامیکی وسط دهانه یک عرشه دو سر ساده به یک مولفه دینامیکی و یک مولفه آرام استاتیکی تجزیه می گردد. به کمک قضیه بتی-ماکسول می توان مولفه آرام استاتیکی حاصل را به تغییرشکل استاتیکی عرشه تحت یک بار استاتیکی نسبت داد و با توجه به رابطه انحنا تغییرشکل، سختی خمشی و لنگر خمشی، وجود و محل آسیب (کاهش سختی) را شناسایی نمود. این روش صرفا در یک تیر دوسر ساده و بنا بر حاکمیت فقط یک مود بر پاسخ سازه آزمایش شده بود. در این تحقیق با تجزیه پاسخ به کمک روش EMD، ضمن عمومیت بخشیدن به کاربرد این روش در پل ها (که پاسخ آن ها لزوما متاثر از یک مود نیستند) امکان جداسازی نویز محیطی با روش EMD از پاسخ اصلی نیز فراهم می شود. به علاوه، در روش اولیه بدلیل تغییرات لنگر در طول تیر اولا آسیب در وسط دهانه قابل شناسایی نیست، ثانیا تغییرات انحنا تغییرشکل را لزوما نمی توان به وجود آسیب نسبت داد. در این تحقیق با ایجاد یک ناحیه مجازی با لنگر ثابت به کمک اصل جمع آثار قوا ضمن افزایش دقت و بهبود نتایج، هرگونه افرایش موضعی انحنا در نمودار تغییرشکل را می توان منتجه آسیب دانست. کاربرد روش پیشنهادی در سناریوهای مختلفی از آسیب در یک تیر دو سر ساده مورد بررسی قرار گرفت و آسیب در هر سناریو با موفقیت شناسایی گردید. کارایی روش پیشنهادی در مدل یک پل پنج دهانه واقعی ارزیابی گردید. روش پیشنهادی با موفقیت قادر به شناسایی موقعیت طولی آسیب در آن پل می باشد.
کلید واژگان: تشخیص خسارت, پایش سلامت, پردازش سیگنال, تجزیه تجربی مودیAccording to the vital role that bridges play in transportation system and also communications of a society, monitoring their structural safety and keeping theme in service is crucial. Numerous methods have been proposed for detecting probable damages in bridges. Unfortunately most of them are based on comparison between the response of bridge in an intact and damaged state. Therefore intact state response must be known. However, not always it’s true in practice. So proposing a method which can determine and localize damages without prior knowledge of intact state is necessary. Such a method which was proposed by Sun et al. is studied carefully. Through the aforementioned method, the dynamic displacement response of a simply supported beam was decomposed into a dynamic component and a quasi-static component. Using Maxwell-Betti law of reciprocal deflection, the quasi-static component was attributed to the static deflection of the beam. Later damage which is defined by loss of stiffness, could be localized based on the abrupt changes in the static deflection curvature as it is related to bending moment and flexural stiffness of a beam. It is found out that the decomposition approach proposed by Sun et al. is restricted to fact that only one mode of oscillation must be dominant and also the natural frequency of motion must be determined through experimental measuring. Another limitation is that the abrupt changes in the curvature diagram cannot be related to damage essentially as curvature is also affected by the bending moment. In this study two modifications were proposed to get more accurate results in localizing the imposed damages. The first modification is the use of EMD method in order to decompose the displacement response into its intrinsic mode functions. Hence the aforementioned method could be used in real bridge displacement responses as higher modes corporations can also be determined and extracted through EMD process and finally the quasi-static component is determined as the residue of EMD algorithm. Also the ambient noise may be decomposed from the original signal, improving the method to work in real situations. The second modification is creating an imaginary constant moment length in the beam by the use of super position principle. So sudden increase in the curvature diagram is essentially a damage. Different scenarios of damage were studied and both methods have been used to detect damage in each scenario. Results show a great improvement in detection and localization of damage using the improved algorithm rather than the original proposed method. Eventually a five span real bridge model was taken into study. The improved damaged detection method could clearly determine the longitudinal position of the damage.
Keywords: Damage detection, structural health monitoring, signal processing, empirical mode decomposition
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.