شماره ركورد
28996
پديد آورنده
رودلف هاكوك
عنوان
پايش سلامت در پل ها با استفاده از شاخص هاي خسارت مبتني بر پردازش سيگنال
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- سازه
سال تحصيل
1397
تاريخ دفاع
1402/6/13
استاد راهنما
غلامرضا قدرتي اميري
استاد مشاور
احسان درويشان
دانشكده
پرديس دانشگاهي - مهندسي عمران
چكيده
با توجه به اهميت و نقش مهم پل هاي بزرگ و خاص در سيستم حمل و نقل و بطوركل مجموعه زيرساخت هر كشور بعنوان سازه هاي با درجه اهميت بالا، اين سازه ها مستلزم توجه ويژه اي بوده و نيازمند برنامه هاي جامع نگهداري با بكارگيري روش هاي نوين و كارآمد مي باشند. با توجه به مطالعات گسترده اي كه در دهه هاي اخير صورت گرفته، بواسطه بكارگيري فناوري مدرن در علوم رايانه اي و داده پردازي، برق و رياضي و استفاده از آنها در تلفيق با مباحث سازه اي، باعث پيشرفت هاي چشمگيري در موضوع پايش سلامت سازه ها و بطور ويژه پل ها شده است. در حال حاضر روش هاي پايش سلامت ديناميكي متعددي مشتمل بر روش هاي مبتني بر پارامترهاي مودال و روش هاي مبتني بر سيگنال مورد مطالعه و بكارگرفته شده اند وليكن زمينه مطالعات وسيعي با هدف بهينه سازي، افزايش دقت و كارايي، تسهيل در عمليات ميداني و محاسباتي و همچنين به حداقل رساندن هزينه ها كماكان وجود دارد. در مطالعه حاضر، جهت توسعه مبحث تشخيص آسيب در پل ها با رويكرد ساده سازي و كاهش پيچيدگي هاي ميداني و محاسباتي، چند شاخص جديد در دو گروه بر مبناي مولفه شبه استاتيكي سيگنال هاي جابجايي ثبت شده از نتايج بارگذاري و تحليل مدل پل مورد نظر ارائه شده است. در اين راستا پس از اعمال و سپس كاهش اثر نويز به سيگنال هاي ثبت شده در هر دو حالت سالم و آسيب ديده، از روش هاي تجزيه تجربي مودها (EMD) و تبديل موجك (WT) جهت پردازش سيگنال ها استفاده شده و مولفه شبه استاتيكي سيگنال ها با هدف استفاده در شاخص ها استخراج شدند. در ابتدا شاخص هاي معرفي شده با استفاده از نتايج مدلسازي و تحليل يك مدل ساده سازي شده در محيط نرم افزار Csi-Bridge از چندين ديدگاه با در نظر گرفتن پارامترهاي شدت و موقعيت آسيب، بارگذاري متفاوت و غيره مورد ارزيابي اوليه قرار گرفته و پس از تاييد كارايي و دقت آنها، در مرحله نهايي مورد بررسي قرار گرفتند. در مرحله بعدي از مدل سه بعدي اجزا محدود يك پل واقعي (پل راه آهن كارون واقع در استان خوزستان) به مشخصات طول كلي 294 متر مشتمل بر 5 دهانه 41.75 + 70.00x3 + 42.25 متري با عرشه از نوع صندوقه بتني پيش تنيده، عرض 6/10 و ارتفاع 5/4 متر استفاده شده است. پل مذكور پس از مدلسازي سه بعدي در محيط نرم افزار Abaqus، در شرايط يكسان بارگذاري بار زنده در دو حالت سالم و آسيب ديده (آسيب هاي شبيه سازي شده) تحليل شده و مجدد پس از طي مراحل ذكر شده در مرحله پيشين شامل قرائت و پردازش سيگنال هاي جابجايي، شاخص هاي منتخب مورد بررسي قرار گرفتند. بررسي هاي نهايي نيز حاكي از نتايج موفق و قابل قبول با دقت مناسب شاخص هاي معرفي شده در تشخيص خسارت و موقعيت آنها در طول پل را داشتند. در نهايت از روش يادگيري ماشين نيز جهت كمي سازي و بكارگيري بهينه برخي از شاخص هاي معرفي شده در تشخيص آسيب، استفاده شده و نتايج قابل قبول با دقت بالا در تشخيص آسيب و موقعيت آن حاصل شده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/08/16
عنوان به انگليسي
Damage detection of bridges using damage indexes based on signal processing
تاريخ بهره برداري
9/3/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
رودلف هاكوك
چكيده به لاتين
Considering importance and role of the large and special bridges in the transportation system and infrastructure network of each country as essential structures, they require special attention and comprehensive maintenance programs using modern and efficient methods. According to the extensive studies that have been carried out in recent decades, due to the use of modern technology in computer science and data processing, electrical science and mathematics and their use in combination with structural engineering topics, significant progress in the field of structures and specifically bridges’ health monitoring have been achieved. Currently, many dynamic health monitoring methods including the ones based on modal parameters as well as signal-based methods have been developed and used, however there are still a lot of rooms for studies with the approach of optimization, accuracy and efficiency increasing, facilitating field and computational operations and cost reduction as well. In the present study, in order to develop the subject of damage detection in bridges with the approach of simplifying and reducing field and computational complexities, some new indices in two groups based on the quasi-static component of the displacement response signals derived from the loading and analysis results of a bridge numerical model have been presented. In this regard, upon applying and then reducing the effect of noise to the recorded signals in both healthy and damaged states, the methods of Empirical Mode Decomposition (EMD) and Wavelet Transform (WT) were used to process the signals to extract quasi-static components of them with purpose of using in provided indices. At first stage, the introduced indices, by using analysis results of a bridge’s simplified model in Csi-Bridge software were evaluated from several points of view, taking into account the parameters such as severity and position of damages, different types of loading and etc. After ensuring the efficiency and accuracy of the indices, they would be examined in the final stage. In the next stage, a 3D finite element model of an existing bridge (Karoon railway bridge located in Khuzestan province) has been implemented. The bridge with general specifications of total length of 294 meters including 5 spans of 41.75 + 3x70.00 + 42.25 meters with prestressed concrete box deck, 6.0 meters wide and 4.5 meters high has been used. Mentioned bridge’s three-dimensional model was analyzed in Abaqus software, under the same live loading conditions in two healthy and damaged (simulated damages) states and once more, after going through the steps which mentioned in the previous stage, including recording and processing displacement signals, selected indices were assessed. The final investigations also indicated that the provided indices have positive and acceptable results in damage detection and determining their position along the length of the bridge with appropriate accuracy. Finally, the machine learning method was also used to quantify and optimal application of some of the provided indices, drives to achieve acceptable results with high accuracy in damage detection and determining its location as well.
كليدواژه هاي فارسي
پايش سلامت سازه , شناسايي آسيب , پردازش سيگنال , شاخص هاي خسارت , پل
كليدواژه هاي لاتين
Structural Health Monitoring (SHM) , damage detection , signal processing , Damage Indexes , bridge
Author
Rodolf Hakook
SuperVisor
Dr. Gholamreza Ghodrati