شناسایی آسیب جداشدگی در ستون‌های فولادی پر شده با بتن بر اساس داده‌های مودال آزمایشگاهی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشجوی دکتری مهندسی عمران- سازه دانشگاه سمنان

3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

4 استادیار دانشکده مهندسی دریا دانشگاه امیرکبیر

چکیده

ستون‌های فولادی پر شده با بتن (CFT) بعلت قابلیت بالای باربری بطور چشمگیری در سازه‌های بسیار بلند مرتبه و پل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. با توجه به اهمیت و جایگاه این نوع ستون‌ها در علم مهندسی سازه و بعلت اینکه در سازه‌های خاص استفاده می‌شوند ممکن است آسیب‌های جزئی در آنها قبل از شناسایی تبدیل به آسیب‌های بزرگتر و غیرقابل جبران شود. برهمین اساس شناسایی آسیب در این المان سازه‌ای بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. یکی از آسیب‌های محتمل در این ستون‌ها جدا شدن جداره فولادی از هسته بتنی می‌باشد. در این تحقیق آسیب جداشدگی توسط یک لایه پلی‌استایرن نازک به ابعاد 6*40 سانتیمتر در یکی از وجوه ستون بین هسته بتنی و جداره فولادی شبیه سازی شده است و داده‌های مودال ستون بطور آزمایشگاهی تعیین شده و مورد تحلیل قرار گرفته است. مقایسه فرکانس، شکل مود و پارامترهای MAC و COMAC داده‌های نمونه سالم و آسیب دیده نشان می‌دهد که در سازه آسیب رخ داده است. علاوه بر این جهت شناسایی محل آسیب از تبدیل موجک استفاده شده است که نتایج تحلیل نشان می‌دهد در نقاط 2/0 متر(شروع آسیب) و 6/0 متر(انتهای آسیب) در هر مود اصلی سازه پرش ناگهانی رخ داده است که در روش تبدیل موجک بیانگر ناپیوستگی در شکل مود(سیگنال) سازه است، بدین ترتیب محل آسیب با کمترین خطای ممکن شناسایی می-شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Debbonding damage detection in concrete filled tube columns by experimental modal data

نویسندگان [English]

  • Omid Rezayfar 1
  • Adel Younesi 2
  • Madjid Gholhaki 3
  • Akbar Esfandiari 4
1 Assisstant Proffessor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Ph.D student of Civi engineering-structure, Semnan university
3 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
4 Assistant Prof. department of Sea engineering Amirkabir University
چکیده [English]

CFT column significantly used in tall building and bridges due to high load bearing capacity. Considering the importance and position of these types of columns in structural engineering science and because they are used in specific structures partial damage may result in larger and unrecoverable damage before detection. Accordingly, the basis for the identification of damage in this structural element is more of a researcher's attention. One of the possible damages in these columns is the separation of the steel wall from the concrete core. In this study, the detachment damage was simulated by a thin layer of polystyrene of 6 x 40 cm in one of the columns between the concrete core and the steel wall and modal data of columns have been determined and analyzed. Comparison of frequency, shape of modes, and MAC and COMAC data of healthy and damaged specimen show which occurred in the structure of the damage. In addition, wavelet transform has been used to identify the location of damage. The results of the analysis show that sudden jump occurred in 0.2m and 0.6m in any of the main structures. Which, in the wavelet transform method, indicates discontinuity in the form of the structure's modulus, In this way, the location of the damage is identified with the least possible error.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CFT Column
  • Damage detection
  • Debbonding Damage
  • wavelet transform
  • Modal data
[1] O. Rezaifar, A. Yoonesi, S.H. Yousefi, M. Gholhaki (2016). Analytical study of concrete filled effect to the seismic behavior of restrained beam-column steel joints. Sci. Iran, 23 (2), 475–485.
[2] O. Rezaifar, A. Yoonesi (2016). Finite element study the seismic behavior of connection to replace the continuity plates in (NFT/CFT) steel columns. Steel Compos. Struct. 21 (1), 73–91.
[3] O. Rezaifar, M. Nazari (2016). Experimental Study the Seismic Behavior of Types of Continuity Plates in Beam-to-HSS Column Connections. MSc. Thesis, Semnan University, Semnan, Iran.
[4] O. Rezaifar, M. Monavari (2016). Experimental Study the Seismic Behavior of Types of Continuity Plates in Beam-to-CFT Column Connections. MSc. Thesis, Semnan University, Semnan, Iran.
[5]Yuen, M. M. (1985). A numerical study of the eigenparameters of a damaged cantilever. Journal of sound and vibration, 103 (3), 301-310.
[6] Feng, M. Q., and Bahng, E. Y. (1999). Damage assessment of jacketed RC columns using vibration tests. Journal of Structural Engineering, 125(3), 265-271.
[7] Sohn, H., & Law, K. H. (2000). Bayesian probabilistic damage detection of a reinforced-concrete bridge column.
[8] Xu, B., & Gong, X. (2010). Damage Detection of Reinforced Concrete Columns Based on Vibration Tests. In Earth and Space [email protected] sEngineering, Science, Construction, and Operations in Challenging Environments, 2321-2329, ASCE.
[9] Moslehy, Y., Gu, H., Belarbi, A., Mo, Y. L., & Song, G. (2010). Smart aggregate based damage detection of circular RC columns under cyclic combined loading. Smart Materials and Structures, 19(6), 065021.
[10] Chiu, C. K., Lyu, Y. C., & Jean, W. Y. (2014). Probability-based damage assessment for reinforced concrete bridge columns considering the corrosive and seismic hazards in Taiwan. Natural hazards, 71(3), 2146-2164.
[11] Wu, J. R., and Li, Q. S. (2006). Structural parameter identification and damage detection for a steel structure using a two-stage finite element model updating method. Journal of Constructional Steel Research, 62(3), 231-234.
[12]- Betti, M., Facchini, L., & Biagini, P. (2015). Damage detection on a three-storey steel frame using artificial neural networks and genetic algorithms. Meccanica, 50(3), 875-886.
[13]- Tort, C., & Hajjar, J. F. (2004). Damage assessment of rectangular concrete-filled steel tubes for performance-based design. Earthquake Spectra, 20(4), 1317-1348.
[14]- Xu, B., Li, B., & Song, G. (2012). Active debonding detection for large rectangular CFSTs based on wavelet packet energy spectrum with piezoceramics. Journal of Structural Engineering, 139(9), 1435-1443.
[15]- Xu, B., Zhang, T., Song, G., & Gu, H. (2013). Active interface debonding detection of a concrete-filled steel tube with piezoelectric technologies using wavelet packet analysis. Mechanical Systems and Signal Processing, 36(1), 7-17.
[16]- XU, B., SHU, Z., & DYKE, S. (2015). Embedded Interface Debonding Detection for an Irregular Complex Multi-chamber Steel Reinforced Concrete Column with PZT Impedance. Structural Health Monitoring.
[17]- Xu, Bin, Hongbing Chen, Y-L. Mo, & Tianmin Zhou (2018). Dominance of debonding defect of CFST on PZT sensor response considering the meso-scale structure of concrete with multi-scale simulation. Mechanical Systems and Signal Processing 107, 515-528.
[18] B. Xu, H. Chen & S. Xia (2017). Numerical study on the mechanism of active interfacial debonding detection for rectangular CFSTs based on wavelet packet analysis with piezoceramics, Mech. Syst. Sig. Process. 86, 108–121.
[19] B. Xu, H. Chen & S. Xia (2017). Wave propagation simulation and its wavelet package analysis for debonding detection of circular CFST members. Smart Struct. Syst. 19(2), 181–194.
[20] B. Xu, H. Chen, Y.-L. Mo & X. Chen (2017). Multi-physical field guided wave simulation for circular concrete-filled steel tubes coupled with piezoelectric patches considering debonding defects. Int. J. Solids Struct. 122(123), 25–32.
[21]- Dong, Wei, Zhimin Wu, Xiangming Zhou, & Yongjie Tan (2016). Experimental studies on void detection in concrete-filled steel tubes using ultrasound. Construction and Building Materials. 128, 54-162.