شماره ركورد
34740
پديد آورنده
سيد محمدرضا خادمي
عنوان
امكانسنجي توسعه مدل دوقلوي ديجيتال براي بررسي آسيب ناشي از جمعشدگي درازمدت در دالهاي بتني با رويكرد نگهداري پيشگيرانه
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/12/06
استاد راهنما
علياكبر شيرزاديجاويد
استاد مشاور
محمدحسين روزبهاني
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
پايش سلامت و نگهداري دالهاي بتني با رويكردهاي سنتي عمدتاً مبتني بر مشاهده عيوب ظاهري پس از وقوع آسيب بوده و علاوه بر تحميل هزينههاي قابلتوجه نگهداري، فاقد قابليت پيشبيني رفتار تدريجي خرابيهايي نظير تركخوردگي ناشي از جمعشدگي درازمدت است. جمعشدگي درازمدت بتن بهعنوان يكي از عوامل اصلي كاهش دوام و افزايش هزينههاي بهرهبرداري، بهويژه در دالهاي بتني با نسبت سطح به حجم بالا، اهميت ويژهاي در مديريت نگهداري سازههاي بتني دارد. در اين راستا، توسعه دوقلوي ديجيتال بهعنوان يك فناوري نوين، امكان گذار از نگهداري واكنشي به نگهداري پيشگيرانه مبتني بر داده را فراهم ميسازد.
در اين پژوهش، با هدف امكانسنجي توسعه مدل دوقلوي ديجيتال براي بررسي آسيب ناشي از جمعشدگي درازمدت در دال بتني غيرمسلح، از تركيب مدل پيشبيني جمعشدگي B3، دادههاي محيطي و پارامترهاي مصالح استخراجشده از يك پروژه واقعي استفاده شده است. معماري دوقلوي ديجيتال با بهرهگيري از كدنويسي در محيط Python براي پيشبيني كرنش جمعشدگي، مدلسازي اطلاعات ساختمان در نرمافزار Autodesk Revit و ايجاد ارتباط پارامتريك از طريق Dynamo توسعه يافته است. دادههاي ورودي شامل شرايط محيطي، مشخصات هندسي دال، ويژگيهاي مكانيكي بتن و مقادير ظرفيت كرنش كششي بوده و نتايج تحليلها بهصورت وابسته به زمان در مدل سهبعدي دوقلوي ديجيتال بازنمايي شدهاند.
نتايج نشان ميدهد كه مدل توسعهيافته قادر است روند زماني كرنش جمعشدگي درازمدت را پيشبيني كرده و با مقايسه آن با ظرفيت كرنش كششي بتن، نواحي مستعد تركخوردگي را پيش از بروز آسيب فيزيكي شناسايي نمايد. بر اساس خروجيهاي دوقلوي ديجيتال، حدود 30 درصد از دادهها در آينده مستعد ايجاد خرابي در دال بتني ميشوند.
همچنين نتايج حاصل از تحليل مقايسهاي سناريوهاي نگهداري نشان ميدهد كه در مقياس واحد سطح، رويكرد نگهداري پيشگيرانه مبتني بر دوقلوي ديجيتال، عليرغم نياز به سرمايهگذاري اوليه براي توسعه و پيادهسازي، در افق بهرهبرداري 25 ساله منجر به كاهش حدود 69 درصدي هزينههاي كل نگهداري نسبت به روش نگهداري سنتي ميشود. افزون بر اين، بررسي جريانهاي نقدي و محاسبات اقتصاد مهندسي بيانگر آن است كه مجموع هزينههاي سناريوي نگهداري پيشگيرانه در كل دوره 25 ساله، از نظر ارزش اقتصادي، با هزينههاي تجمعي روش نگهداري سنتي تا حوالي سال چهاردهم دوره بهرهبرداري برابري مينمايد. اين موضوع حاكي از آن است كه پس از اين مقطع زماني، ادامه بهرهبرداري با روش نگهداري سنتي منجر به تحميل هزينههاي فزايندهتري در مقايسه با رويكرد نگهداري پيشگيرانه خواهد شد. در مجموع، اين پژوهش نشان ميدهد كه دوقلوي ديجيتال ميتواند بهعنوان ابزاري كارآمد در كاهش هزينههاي نگهداري، بهينهسازي تخصيص منابع و ارتقاي تصميمگيري مديريتي در سازههاي بتني مورد استفاده قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/13
عنوان به انگليسي
The Feasibility of Developing a Digital Twin Model to Investigate Damage Caused by Long-Term Shrinkage in Concrete Slabs With a Preventive Maintenance Approach
تاريخ بهره برداري
2/25/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدمحمدرضا خادمي
چكيده به لاتين
Structural health monitoring and maintenance of concrete slabs using traditional approaches are predominantly based on the visual identification of apparent defects after damage has already occurred. In addition to imposing considerable maintenance costs, such approaches lack the capability to predict the progressive deterioration mechanisms, such as cracking induced by long-term shrinkage. Long-term concrete shrinkage is recognized as one of the principal factors contributing to durability degradation and increased operational costs, particularly in concrete slabs with a high surface-to-volume ratio, thereby playing a critical role in the maintenance management of concrete structures. In this context, the development of a digital twin as an emerging technology enables a paradigm shift from reactive maintenance toward data-driven proactive maintenance strategies.
In this study, with the aim of assessing the feasibility of developing a digital twin model for investigating damage caused by long-term shrinkage in an unreinforced concrete slab, a combined framework incorporating the B3 shrinkage prediction model, environmental data, and material parameters extracted from a real-world project was employed. The digital twin architecture was developed through the integration of Python-based programming for shrinkage strain prediction, Building Information Modeling (BIM) in Autodesk Revit, and parametric data exchange established via Dynamo. The input data include environmental conditions, slab geometric characteristics, mechanical properties of concrete, and allowable tensile strain limits, while the analysis results are represented in a time-dependent manner within the three-dimensional digital twin model.
The results demonstrate that the developed model is capable of predicting the temporal evolution of long-term shrinkage strain and, by comparing it with the allowable tensile strain of concrete, identifying regions prone to cracking prior to the occurrence of physical damage. Based on the digital twin outputs, approximately 30% of the projected data indicate a future susceptibility to damage in the concrete slab.
Furthermore, the comparative analysis of maintenance scenarios reveals that, on a unit-area basis, the digital twin–based proactive maintenance approach—despite requiring an initial investment for development and implementation—leads to an approximate 69% reduction in total maintenance costs compared to the traditional maintenance method over a 25-year operational horizon. In addition, cash flow analysis and engineering economic evaluations indicate that the cumulative costs of the proactive maintenance scenario over the entire 25-year period become economically equivalent, in terms of net present value, to the cumulative costs of the traditional maintenance approach at approximately the fourteenth year of operation. This finding implies that beyond this point in time, continued operation under the traditional maintenance strategy results in increasingly higher costs compared to the proactive maintenance approach. Overall, this study demonstrates that the digital twin can serve as an effective tool for reducing maintenance costs, optimizing resource allocation, and enhancing managerial decision-making in concrete structures.
كليدواژه هاي فارسي
پايش سلامت سازه , دال بتني , جمعشدگي درازمدت بتن , دوقلوي ديجيتال , نگهداري پيشگيرانه , مدلسازي اطلاعات ساختمان , هزينه چرخه عمر
كليدواژه هاي لاتين
Structural Health Monitoring , Concrete Slab , Long-Term Concrete Shrinkage , Digital Twin , Preventive Maintenance , Building Information Modeling , Life Cycle Cost
Author
Seyyed Mohammad Reza Khademi
SuperVisor
Ali Akbar Shirzadi Javid