وبینار پایش سلامت سازه

شصتمین نشست از سلسله نشست‌های تخصصی در حوزه مدیریت بحران با موضوع سیستم‌های پایش سلامت سازه‌ها: مفاهیم، اهمیت و کاربردها در روز شنبه 2 تیرماه 1403 توسط پژوهشکده سوانح طبیعی و کرسی یونسکو در مدیریت سوانح طبیعی با حضور بیش از 200 نفر از علاقه‌مندان و متخصصین به این حوزه به صورت حضوری و برخط برگزار شد.

به گزارش روابط عمومی پژوهشکده سوانح طبیعی، این نشست با حضور و سخنرانی علی نیوشا مشاور و متخصص در حوزه‌های مهندسی زلزله و پایش سلامت سازه، فرزاد حاتمی عضو هیئت‌علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مرتضی فاطمی فعال حوزه پایش سلامت و ایمنی از انگلستان در پژوهشکده سوانح طبیعی برگزار گردید.
علی نیوشا مشاور و متخصص در حوزه‌های مهندسی زلزله و پایش سلامت سازه به‌ عنوان اولین سخنران در ابتدا به بیان مفاهیم و اهمیت کاربرد پایش سلامت سازه‌های عمرانی پرداخت. محورهای سخنرانی ایشان در چهار حوزه تعاریف و مفاهیم عمومی پایش سلامت سازه، روش‌های آزمون ارتعاش سازه، مثال‌های کاربردی و اجرایی و چالش‌های پایش سلامت سازه دسته‌بندی می‌شود. ایشان در ادامه به مزایای پایش سلامت سازه‌ها اشاره نمود و مواردی از قبیل جلوگیری از شکست ناگهانی سازه، کاهش زمان تعمیر و نگهداری، بهینه‌سازی شرایط سازه، ارائه امکان افزایش کیفیت ساخت سازندگان، ارتقاء بهبود نحوه نگهداری و تعمیرات دوره‌ای، صرفه جویی در هزینه‌های نگهداری و از همه مهم‌تر کاهش خطای انسانی و افزایش امنیت و اطمینان به سیستم را نام برد.از دیگر محورهای مهم سخنرانی ایشان، تفاوت پایش سلامت سازه (SHM) و آزمون غیرمخرب (NDT)، چرخه پایش سلامت سازه بر پایه ارتعاش، طبقه‌بندی پایش سلامت‌ سازه، اجزاء اصلی این سیستم، روش‌های آزمون ارتعاش سازه (استفاده از ارتعاش آزاد، ارتعاش توسط فرد، ارتعاش اجباری و ارتعاش محیطی و غیره) بود. ایشان در انتهای سخنان خود با ارائه مثال‌هایی کاربردی از نمونه ‌پروژه‌های موردی انجام شده در کشورهای ژاپن و ایران تجارب و چالش‌های این حوزه را ارائه نمود.

لینک وبینار:

https://ndri.ac.ir/unesco-chair-Lecture-172-news

ارتعاش محیطی (2)

مراحل انجام آزمون لرزه با استفاده از ارتعاش محیطی:

•با نصب حسگر های مناسب در نقاط مختلف سازه اقدام به ثبت لرزش سازه می نماییم

•در انتخاب فرکانس سنپلینگ دقت گردد و به مقداری انتخاب گردد تا امکان ثبت کلیه مود های ارتعاشی عمده سازه را فراهم نماید.(فرکانس نایکیست بزرگتراز فرکانس بیشترین مود موجود سازه باشد) 

•مناسب تر است جهت به حداقل رساندن نوفه (Noise) این اندازه گیری در هنگام شب انجام گیرد.

•بمنظور انجام تحلیل مودال، مدت زمان طولانی از ارتعاش سازه ثبت گردد تا با استفاده از تکنیک های پردازش (میانگین گیری مجموعه ای) نسبت به کاهش نوفه اقدام گردد.

•پس از ثبت ارتعاش، می بایست کلیه سیگنال های ثبت شده به وسیله حسگر ها به طور دقیق مورد بازبینی قرار گیرند، تا از وجود پالس و یا نوفه غیر متعارف در اندازه گیری ها اجتناب گردد.

•اصلاح خط مبناء سیگنال ها، حذف میانگین سیگنال، اعمال فیلتر مناسب به سیگنال ها جهت پردازش صحیح آنها

• و در آخر انتخاب روشی جهت تحلیل داده ها (روش های حوزه زمان یا فرکانس، روش های پارامتری و یا غیر پارامتری ....) 

ارتعاش محیطی (1)

یکی از راه های انجام آزمون لرزه در سازه استفاده از ارتعاش محیطی (microtremor/ ambient vibration) می باشد. این ارتعاش ناشی از عوامل متعدد مانند : ترافیک، باد، امواج ناشی از تجهیزات ارتعاشی در مجاورت ویا در فاصله دور از سازه، امواج دریا و ... می باشد. اگر چه منبع و ماهیت این امواج دقیقا قابل شناسایی نمی باشد، ولی این امواج موجود در محیط باعث مرتعش شدن سازه می گردند.

انجام آزمون ارتعاش محیطی ارزان و سریع بوده و فقط نیاز به استقرار حسگر های مناسب در سازه می باشد. با اندازه گیری و تحلیل داده های ناشی از ارتعاش محیطی می توان رفتار دینامیکی سازه را در محدوده ی خطی (بعلت دامنه بسیار کوچک امواج) بررسی و تحلیل نمود. از ارتعاش محیطی می توان در انواع سازه های سخت و نرم استفاده نمود ولی برای سازه های نرم مناسب تر می باشد.

در پست بعدی نحوه انجام این آزمون را تشریح خواهم کرد.

فنر دینامیکی خاک

در صورت قرار گیری سازه ای سخت و سنگین بر روی بستری به نسبت نرم، اندر کنشی بین خاک اطراف سازه و سازه به وجود می آیند که پاسخ سازه را تحت تاثیر قرار می دهد. در عمل فرکانس طبیعی سازه کاهش و نسبت میرایی آن معمولا افزایش می گردد. جهت تحلیل دینامیکی این سیستم علاوه بر تشکیل ماتریس های سختی، میرایی و جرم سازه مورد نظر، لازم است تا فنر های دینامیکی خاک را نیز به آن اضافه نمود. در تحلیل اندرکنش خاک و سازه در حوزه فرکانس این فنر ها به صورت اعداد مختلط بوده که شامل دو بخش حقیقی (سختی فنر) و موهومی (میرایی فنر) باشند.

در حالت کلی و برای یک پی یکپارچه و سخت، فنر های دینامیکی دارای 6 درجه آزادی بوده (3 انتقال و 3 دوران) و به صورت ماتریس 6 در 6 نشان داده می شوند. جهت بدست آوردن فنر های دینامیکی خاک به طور تجربی می توان از آزمون ارتعاش اجباری استفاده نمود. با قرار دادن دستگاه لرزه بر روی ساختمان (طبقه فوقانی ویا طبقه تحتانی ) و انجام آزمون لرزه و بدست آوردن تغییرمکان های هر طبقه، و با در دست داشتن جرم طبقات و اینرسی جرمی متناظر آن، مقادیر فنر دینامیکی خاک قابل محاسبه می باشد که در پست های بعدی نحوه محاسبه آن توضیح داده خواهد شد. 

ارتعاش آزاد سازه

ارتعاش آزاد سازه (Free Vibration) عبارت است از پاسخ سازه در اثر اعمال نیرو و یا تغییر مکان اولیه به آن (انحراف اولیه سازه از وضعیت تعادل و سپس رهاکردن آن به حال خود) که در سازه های معمول بعلت وجود میرایی، با گذشت زمان از دامنه ارتعاش کاسته شده و سازه به حالت سکون باز می گردد. (شکل 1)

 

 

ارتعاش آزاد در سازه را می توان با استفاده از ضربه، ایجاد جابجای با کابل و سپس قطع ناگهانی آن و یا با استفاده از نیروی انسانی ایجاد کرد. در حالت استفاده از نیروی انسانی، نخست فرکانس طبیعی سازه را با استفاده از طیف فوریه  ارتعاش محیطی بدست آورده ، سپس با قرار گرفتن تعداد معینی افراد دریکی از طبقات فوقانی ساختمان و هماهنگ کردن حرکات بدن با فرکانس بدست آمده (با استفاده از یک metronome )، سازه را مرتعش می نمایند (شکل 2) ، در لحظه ای معین که دامنه ارتعاش به حالت یکنواختی و پایداری برسد، حرکت بدن متوقف گردیده و سازه وارد ارتعاش آزاد می گردد. این روش در ساختمان های بلند که پریود ارتعاش بلندتر از 1 ثانیه دارند قابل انجام می باشد.

با تقریبی مناسب امکان محاسبه نسبت میرایی سازه را با استفاده از روش کاهش لگاریتمی(لگاریتم نسبت دو دامنه متوالی) وجود دارد.

همچنین با استفاده از برازش منحنی  ρe^-λωt  با نقاط  ماکزیمم منحنی ارتعاش آزاد،می توان فرکانس طبیعی ارتعاش و میرایی متناظر آن را بدست آورد .(شکل 3)