تشخیص الگوی آسیب دیوارهای برشی بتن‌آرمه با استفاده از تبدیل‌های ریاضیاتی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

پایش سلامت سازه عمرانی در مفهوم کلی، یک رویه‌ای به‌جهت تامین اطلاعات دقیق و بدون اتلاف وقت در مورد شرایط و کارایی سازه می‌باشد. وجود عوامل متنوع آسیب از یک‌سو و از سویی دیگر غیر‌قابل پیش‌بینی بودن آینده، یک ضرورت برای بکار‌گیری پایش سلامت سازه می‌باشد. نظارت بر سلامت سازه‌ها و تشخیص آسیب آن در مراحل اولیه یکی از موضوعات مورد توجه همیشگی بوده است زیرا بیش‌تر آسیب‌ها را می‌توان با بررسی اولیه از وضعیت موجود سازه‌ها اصلاح و ترمیم نمود و بدین ترتیب از گسترش خرابی در سازه‌ها و فروریختن ساختمان و افزایش هزینه‌ها جلوگیری کرد. در این میان  شناسایی زو‌د‌هنگام آسیب دیوارهای برشی بتنی که برای مقابله با بار‌های جانبی وارد بر سازه‌ها طراحی می‌شوند امری حیاتی است. زیرا خرابی و نقص در عملکرد سازه‌ای دیوارهای برشی می‌تواند منجر به بروز آسیب‌های جدی و یا حتی خرابی پیش‌رونده سازه‌های بتنی گردد. تغییر در سختی و فرکانس می‌تواند وقوع آسیب را به طور واضحی نشان دهد. استفاده از تبدیل‌های ریاضی نیز ابزاری جهت تشخیص آسیب می‌باشند. در این مقاله پس از بیان مبانی پایش سلامت سازه، با آنالیز تاریخچه زمانی غیر‌خطی مدل اجزای محدود سازه دارای دیواربرشی بتنی به وسیله چهار زلزله وارد شده به آن ، پاسخ‌های سازه‌ای استخراج شده و با استفاده از تبدیل ریاضی فوریه و موجک به شناسایی وجود و زمان وقوع آسیب در دیوار برشی پرداخته می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Damage Detection of Reinforced Concrete Shear Walls Using Mathematical Transformations

نویسندگان [English]

  • Hosein Naderpour 1
  • Mohammad Kazem Sharbatdar 1
  • Fatemeh Khademian 2
1 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 MSc Student, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Structural health monitoring is a procedure to provide accurate and immediate information on the condition and efficiency of structures. There is variety of damage factors and the unpredictability of future damage, is a necessity for the use of structural health monitoring. Structural health monitoring and damage detection in early stages is one of the most interesting topics that had been paid attention because the majority of damages can be repaired and reformed by initial evaluation ,thus the spread of damage to the structures, building collapse and rising of costs can be avoided .Detection of concrete shear wall damages are designed to withstand the lateral load on the structure is critical .Because failures and  malfunctions of shear walls can lead to serious damage or even progressive dilapidation of concrete structures .Change in stiffness and frequency can clearly show the damage occurrence. Mathematical transformation is also a tool to detect damage. In this article, with non- linear time history analysis, the finite element model of structures with concrete shear walls subject to four earthquakes have extracted and using Fourier and wavelet transform, the presence of shear walls is detected at the time of damage.

کلیدواژه‌ها [English]

  • structural health monitoring
  • Damage detection
  • Reinforced concrete shear wall
  • Mathematical transformation

[1] Cawley, P. and Adams, R.D. (1979). The location of defects in structures from measurements of natural frequencies. Journal of Strain Analysis, Vol. 14, No. 2, 49–57.

[2] Melhem, H. and Kim, H. (2003). Damage Detection in Concrete by Fourier and Wavelet Analyses. Journal of Engineering Mechanics, Vol. 129, No. 5, 571–577.

[3] Ge, M. and Lui, E. M. (2005). Structural Damage Identification Using System Dynamic Properties. Computers and Structures, Vol. 83, 2185-2196.

[4] SASMAL, S. and RAMANJANEYULU, K. (2009). Detection and Quantification of Structural Damage of a Beam-Like Structure Using Natural Frequencies. Journal of Engineering Mechanics, Vol. 1, No. 3, 167-176.

[5] Shi Yan ,Wei Sun,Gangbing Song ,Haichang Gu,Lin-Sheng Huo ,Bo Liu and Yue-Guo Zhang. (2009). Health Monitoring of Reinforced Concrete Shear Walls Using Smart Aggregates. Smart Materials and Structures, Vol. 18, No. 4.

[6] K. He and W.D. Zhu. (2011). Structural Damage Detection Using Changes in Natural Frequencies: Theory and Applications. Journal of Physics, Vol. 305, No. 1, 012054.

[7] Barad, K. H. and Sharma,D. S., Vyas .V. (2013). Crack Detection in Cantilever Beam by Frequency based Method. Procedia of Engineering, Vol. 51, No. 3, 770-775.

[8] Farhidzadeh, E. Dehghan-Niri, A. Salamone, S. Luna, B. and Whittaker, A. (2013).  Monitoring Crack Propagation in Reinforced Concrete Shear Walls by Acoustic Emission. Journal of Structural Engineering, Vol. 139, No. 12.

[9] Vafaei, M. Azlan bin Adnan. and Baharuddin, A. (2013). Real-time Seismic Damage Detection of Concrete Shear Walls Using Artificial Neural Networks. Journal of Earthquake Engineering, Vol. 17, No. 1, 137-154.

[10] Khiem, N. T. and Toan, L. K. (2014). A novel method for crack detection in beam-like structures by measurements of natural frequencies. Journal of Sound and Vibration, Vol. 333, No. 18, 4084-4103.

[11] Lin, R. M. (2015). Modelling, detection and identification of flexural crack damages in beams using frequency response functions. Springer Science+Business Media Dordrecht, Vol. 51, No. 9, 2027-2044.

] 12 [عارف‌زاده طاهره، حسینی‌واعظ سید روح‌الله، نادر‌پور حسین، عزالدین امیر. شناسایی موقعیت و شدت ترک‌های چندگانه در تیر طره‌ی بتن‌آرمه با استفاده از تحلیل مودال و آنالیز موجک. مهندسی سازه و ساخت،دوره 3، شماره1، بهار1395، صفحه 72-83.

] 13[عزالدین امیر، نادر‌‌پور حسین، خیرالدین علی، قدرتی‌امیری غلامرضا. تشخیص محل و میزان ترک در تیرها با استفاده از تبدیل موجک. مدل‌سازی در مهندسی.دوره12، شماره39، 1393، صفحه 1-11.

[14] Naderpour, H.and Fakharian, P. (2016). A synthesis of peak picking method and wavelet packet transform for structural modal identification, KSCE Journal of Civil Engineering. 20 (7), 2859–2867. doi:10.1007/s12205-016-0523-4.

] 15 [خادمیان، فاطمه. (1395).تشخیص آسیب دیوارهای برشی بتن آرمه با استفاده از تبدیل های فوریه و موجک، پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه سمنان.

[16] Misiti, M., Misiti, Y., Oppenheim, G. and Poggi, J. (2002). Wavelet Toolbox for Use with MATLAB. The Math Works,Inc,2002.

[17] Moaveni, B. (2007). System and damage identification of civil structures, Ph. D. University of California.