22473

شناسايي آسيب در سازه پل با استفاده از روش هاي شبيه سازي بهينه و قابليت اعتماد

دكتري

سازه

1399

1399/5/6

دكتر مرتضي رييسي دهكردي

دكتر اكبر ميرزايي

عمران

در اين كار تحقيقاتي، يك روش نوين احتمالاتي بر مبناي قابليت اعتماد براي شناسايي همزمان بار عبوري و آسيب سازه اي پيشنهاد شده است. روش پيشنهادي با استفاده از به روز رساني مدل المان محدود و بر اساس پاسخ ارتعاشي اندازه گيري شده، به كشف آسيب سازه اي و بار عبوري مي¬پردازد. مسأله معكوس شناسايي آسيب نوعي مسأله بهينه سازي است كه در پژوهش حاضر براي حل آن از آناليز حساسيت به روش مشتق گيري مستقيم و عادي سازي تيخونوف استفاده شده است. سيستم ديناميكي پل-وسيله نقليه ذاتاً داراي عدم قطعيت هايي است كه كارايي روشهاي قطعي (غير احتمالاتي) پيشنهاد شده تا كنون را محدود مي¬كند. در اين مطالعه تلاش شده تا كارايي روش قابليت اعتماد براي شناسايي آسيب احتمالاتي با استفاده از مدلهاي عددي المان محدود در فضاي دو بعدي و سه بعدي اثبات و مزيت آن نسبت به روشهاي قطعي و احتمالاتي ساده نمايش داده شود. بر مبناي نتايج عددي، روش قابليت اعتماد قادر است آسيب هاي سازه پل را در حضور منابع مختلف عدم قطعيت با دقت بالا شناسايي كند. عدم اطلاع از مقدار بار عبوري (جرم محور) يكي از چالشهاي پايش سلامت پل ها است كه منجر به نتايج غلط در شناسايي آسيب مي-شود. از آنجا كه روش پيشنهادي قابليت شناسايي بار و جرم متحرك را نيز داراست، مي تواند حتي در حضور بار نامشخص با دقت كافي آسيب هاي سازه اي را شناسايي كند. نويز هاي محيطي و تداخلات سيستمي اثر نامطلوبي در اندازه گيري سيگنال ارتعاشي سازه ايفا مي¬كنند. بدين منظور در پژوهش حاضر نويز گوسي سفيد با استفاده از توابع تصادفي توليد و به سيگنال اصلي اضافه شده است تا كارايي روش پيشنهادي در حضور مقادير متفاوت نويز ارزيابي شود. بعلاوه تأثير پارامترهاي كليدي مختلفي همچون روش شبيه سازي، جرم و سرعت وسيله نقليه، ميرايي، نامنظمي هندسي ريل و ... بر دقت شناسايي آسيب مطالعه شده است. به صورت خلاصه مي توان گفت: ورودي¬هاي مسأله تحقيق عبارتند از: حدث اوليه از مقدار بار عبوري و مدل المان محدود سازه سالم و خروجي هاي مسأله عبارتند از: وزن شناسايي شده محورهاي عبوري، بردار انديس خرابي كه موقعيت و شدت آسيبهاي وارده را مشخص مي¬كند و بردار قابليت اعتماد كه احتمال وقوع آسيب و ميزان قابليت اعتماد آسيبهاي شناسايي شده را ارائه مي دهد.

1399/06/30

Damage detection of bridge structures using improved simulation methods and reliability analysis

9/20/2020 12:00:00 AM

In the current work a new reliability-based method is proposed for simultaneous identification of structural damages and moving loads. The proposed method identifies structural damages as well as unknown moving loads by finite element (FE) model updating procedure using vibrational response. In the proposed method, damage identification is treated as an inverse problem is solved using sensitivity analysis and Tiknonov regularization. The efficiency of the current deterministic methods is greatly reduced in the presens of the various uncertainties which are inherently included in the bridge-vehicle dynamical system. The current study tries to verify the efficiency of the reliability analysis for probabilistic damage detection using two and three dimensional FE models and compares it with deterministic and probabilistic methods. Based on the numerical results, reliability method is capable of verifying structural damages of bridges in the presence of various sources of uncertainty. One of the challenges for damage detection of bridges is unkown weight of the moving loads. The proposed method can effectively identify both structural damages and moving loads simultaneously. On the other hand, measurement noise and environmental effects play an adverse effect on damage detection studies. To verify the efficiency of the proposed method in the presence of noise, a white noise with different signal/noise ratios (SNR) is added to the measured data. In addition, effect of the various critical parameters such as simulation, mass and speed of the moving vehicle, track irregularity and damping on accuracy of the proposed is evaluated as well. To summarise, the current study has following inputs: initial guess on moving loads and undamaged FE model of the structure and outputs are: identified mass of the moving axles, damage indexes which represents location and extent of structural damages and reliability index which calculates probability and reliability of identified damages.

مهندسي سازه , پايش سلامت سازه ها

Structural engineering , Structural health monitoring (SHM)