نظارت بر سلامت سازه
در راستای فناوری های نوین صنعت ساختمان و برای نزدیک تر شدن به مفاهیم ساخت و ساز ناب، کنترل کیفیت و نظارت بر سلامت سازه اقدامی ضروری است. (Structural Health Monitoring) فرآیندی است شامل استفاده از تکنیکهای تشخیص آسیب و تعیین مشخصات برای سازههای حیاتی مانند پلها، توربینهای بادی و تونلها. این یک روش ارزیابی سازه ای غیر مخرب در محل است که از چندین نوع حسگر تعبیه شده یا متصل به سازه استفاده می کند.
فرآیند نظارت بر سلامت سازه شامل نصب حسگرها، جمعآوری دادهها، انتقال دادهها و عیبیابی است که از طریق آن ایمنی، استحکام، یکپارچگی و عملکرد سازه نظارت میشود. در صورت مشاهده اضافه بار یا هر گونه نقص دیگر، اقدامات اصلاحی مناسب پیشنهاد می شود.
هدف از پایش سلامت سازه
- بهبود عملکرد (ایمنی و کاربری) سازه های موجود.
- قرار دادن حسگرها در حین کار ساختمانی، ناظران را قادر می سازد تا وضعیت سازه را ارزیابی کرده و طول عمر باقیمانده آن را مشخص کنند.
- ارزیابی یکپارچگی سازه پس از زلزله.
- نظارت و ارزیابی سازه برای نگهداری به موقع و مقرون به صرفه ضروری است. بنابراین، کار ساخت و ساز را کاهش می دهد و فعالیت های تعمیر و نگهداری را افزایش می دهد.
- فرآیند SHM داده هایی را در مورد عملکرد واقعی سازه ها جمع آوری می کند. این داده ها می تواند به طراحی سازه های بهتر در آینده کمک کند.
اجزای سیستم پایش سلامت ساختاری
سیستم پایش سلامت ساختاری شامل چندین مؤلفه است که به صورت شماتیک در شکل زیر ارائه شده و مورد بحث قرار گرفته است:
- سازه
سازههای حیاتی مانند پلها، تونلها، سدها و توربینهای بادی بیشتر تحت نظارت قرار میگیرند، زیرا بخش حیاتی زیرساخت های ملی هستند.
- سیستم جمع آوری اطلاعات
جمع آوری داده به تعداد و نوع حسگرها، نحوه فعال کردن آن ها و همچنین تکنیک های ذخیره داده می پردازد که باید در در مرحله طراحی و با نظر گرفتن سیم کشی و تعبیه مکان های مورد نیاز، اقدامات لازم را انجام داد.
حسگرها باید مناسب و مستحکم باشند و عملکرد خود را به اندازه کافی برای مدت زمان مشخص حفظ کنند. هر سنسور ممکن است جنبه خاصی از سازه را مانند کرنش، انحراف، چرخش، دما، خوردگی، پیش تنیدگی و غیره را اندازه گیری می کنند.
انواع مختلفی از حسگرها مانند مواردی که در جدول 1 ارائه شده است برای استفاده در دسترس هستند، اما سنسورهای فیبر نوری جدیدترین حسگرهایی هستند که برای سازه های زیر ساختی مناسب هستند.
پارامتراندازه گیری | وسیه اندازه گیری | خروجی | دلایل اندازه گیری |
بارگذاری | سنسورهای بارگذاری | اندازه گیری مقدار و توزیع بار | بررسی اینکه آیا بارها مورد انتظار بوده اند و توزیع آن ها چگونه است |
تغییر شکل | مبدل ها | انحراف | برای اطمینان از اینکه آیا انحراف در حد قابل تحمل است یا خیر. در غیر این صورت ممکن است نیاز به ترمیم و تقویت باشد. |
کرنش | کرنش سنج | مقدار و تغییرات کرنش | برای بررسی ایمنی و یکپارچگی سازه. |
دما | ترمیستورها، ترموکوپل ها، مدارهای دمایی مجتمع | تغییرات دما و دما | تغییرات دما باعث انبساط حرارتی می شود و چرخه های مکرر می تواند به سازه ها آسیب برساند. روی کرنش ها هم تاثیر می گذارد. |
شتاب | شتاب سنج | شتاب سازه تحت بار، به ویژه در مناطق مستعد لرزه. | بررسی چگونگی مقاومت سازه در برابر شتاب و بارهای بعدی. |
سرعت و فشار باد | بادسنج | سرعت و فشار را در مکان های مختلف اندازه گیری کنید. | بار باد می تواند بر طراحی پل های با دهانه بلند و ساختمان های بلند حاکم باشد. |
انتشار آکوستیک | میکروفون | صداها را اندازه گیری و محل نویز را تعیین می کند. | برای تشخیص شکستگی المان ها در یک سازه و تعیین محل آن. در اعضای پیش تنیده و پل های کابلی بسیار کاربرد دارد. |
نظارت تصویری | تکنولوژی دوربین اینترنتی | فیلم هایی از شرایط سخت سازه ضبط می کند. | بارهای شدید را ثبت می کند و کامیون های بیش از حد بارگیری شده را روی پل ها شناسایی می کند. |
- انتقال داده
انتقال داده ها را می توان از طریق سیم انجام داد که معمول و مقرون به صرفه است اما ممکن است برای سازه های بزرگ عملی نباشد. روش دیگر، ارتباط بی سیم را می توان در نظر گرفت که برای سازه های بزرگ مناسب است، اما کندتر و گرانتر از روش سیمی است. خطوط تلفن گزینه دیگری برای انتقال اطلاعات از سایت به دفاتر خارج از سایت است. این تکنیک های انتقال داده، نیاز به بازدید از محل برای جمع آوری و انتقال داده ها را برطرف می کند.
- پردازش دیجیتال
پس از انتقال داده ها، پردازش دیجیتال برای حذف اثرات ناخواسته مانند نویزها انجام می شود که باید قبل از ذخیره اطلاعات انجام شود. پردازش دیجیتال تفسیر داده ها را آسان تر، سریع تر و دقیق تر می کند.
- ذخیره سازی اطلاعات
داده های پردازش شده را می توان برای مدت طولانی ذخیره کرد و در آینده برای تجزیه و تحلیل و تفسیر بازیابی کرد.
- عیب یابی اطلاعات
فرآیندهای تشخیصی شامل تبدیل داده های انتزاعی به اطلاعات مفید در مورد وضعیت سازه و پاسخ آن به بارها است. بنابراین، دادههای نهایی بهدستآمده از نظارت بر سلامت سازه باید دقیق و فیزیکی باشد که براساس آن بتوان تصمیمات مهندسی منطقی و مبتنی بر دانش را اتخاذ کرد.
روش مورد استفاده برای فرآیند تشخیص به نوع سازه، مکان و انواع حسگرها، هدف نظارت و پاسخ سازه ی مورد بررسی بستگی دارد.
مقولههای تست نظارت بر سلامت ساختاری
دسته های آزمایشی سیستم نظارت بر سلامت سازه را می توان به شرح زیر طبقه بندی کرد:
- بر اساس مقیاس زمانی نظارت:
- تست مداوم
- تست دوره ای
- بر اساس نحوه فراخوانی پاسخ در ساختار:
- بار ثابت
- بار دینامیکی
- ارتعاشات محیطی
- مزایای پایش سلامت ساختاری:
- درک بهبود یافته از رفتار ساختاری میدان.
- آسیب ها را در سنین پایین شروع مشکل شناسایی کنید.
- کاهش زمان بازرسی و تعمیر.
- استفاده از مواد نوآورانه را تشویق کنید.
- کمک به توسعه مدیریت منطقی و استراتژی های تعمیر و نگهداری.
- معایب
- هزینه نصب بالا
- آسیب پذیر به فساد صدای محیط. در برابر شرایط زلزله آسیب پذیر است.
- چالش های استفاده از SHM مانند دسترسی به ساختمان، دستکاری حجم عظیمی از داده های تولید شده توسط حسگرها، شرایط محیطی و غیره.
- اندازه و پیچیدگی سازه های بزرگ به تعداد زیادی از نقاط حسگر برای نصب نیاز دارد.
کاربردهای سیستم پایش سلامت سازه ای در سازه های مختلف در سراسر جهان
منبع: