اهمیت پایش سلامت سازهها
در جهان تحقیقات گستردهای در زمینه روشهای تشخیص و یا نمایانسازی آسیب و ترک، بر اساس اهمیت این ترکها در شکستهای سازهای، انجام شده است. میتوان گفت گسیختگی مصالح تشکیلدهنده سازه علت بسیاری از شکستهای سازهای است. معمولاً این گسیختگی با ترک (آسیب جزئی) آغاز میشود. گسترش این ترکها یک تهدید جدی برای رفتار سازه است. همین امر و بسیاری از دلایل دیگر میتواند تأکیدی بر اهمیت پایش سلامت سازهها باشد. در حقیقت پایش سلامت سازهها به روندی اطلاق میشود که از آن برای به دست آوردن اطلاعات دقیق، بهصورت لحظهای از عملکرد و شرایط سازه استفاده میشود. آسیب در مبحث پایش سلامت سازهها بهصورت تغییرات رخداده در طول بهرهبرداری سازه تعریف میشود. در این بین شناسایی آسیب در پایش سلامت سازهها به کمک روشها و ابزارهایی انجام میشود که وجود خرابی، شدت و یا موقعیت آن را تشخیص میدهد. این روشها شامل روش استفاده از سنسورهای فیبر نوری، پایش از راه دور به کمک لیزر، تکنیکهای پردازش تصویر و تکنیکهای جمعآوری داده از راه دور است.
روشهای دینامیکی نیز که بر اساس پردازش سیگنال هستند، یک روش تشخیص خرابی است. در طول بهرهبرداری یک سازه با اندازه بزرگ مانند نیروگاهها، پلها و یا ساختمانهای بلند که در آن امکان افزایش ترکهای موضعی وجود دارد، ممکن است سازه دچار تخریب کلی شود.
تأثیر ترک به شکل تغییرات موضعی سختی خود را نشان میدهد و این تغییرات اثر قابلتوجهی روی ساختار دینامیکی (محتوای فرکانسی) سازه دارد. با تحلیل تغییر فرکانس طبیعی سازه میتوان ترکها (آسیبهای جزئی قبل از گسترش) را شناسایی نمود. اگر شما دارای ملکی هستید و این نگرانی را دارید که آیا ساختمان شما در برابر زلزله و یا بادهای شدید مقاومت میکند یا نه؟ باید وارد مبحث پایش سلامت سازهها شوید و یکی از چندین روش آن را پیادهسازی کنید.
چرا به پایش سلامت سازهها نیاز خواهیم داشت؟
در قدیم پایش سلامت سازهها از طریق بازبینی چشمی توسط یک فرد متخصص انجام میشد اما این روش معایب زیر را داشت:
- خطای این روش بالا است.
- اجزای اصلی سازه پوشیده شده است و خرابی از بخشهای داخلی المانها آغاز میشود.
- به برخی از بخشهای سازه امکان دسترسی وجود ندارد.
- در این روش امکان اعلام هشدار درست قبل از خرابی سازه ناشی از زلزله وجود ندارد. همچنین تشخیص نقاط ایمن ساختمان در مواقع بحرانی امکانپذیر نیست.
- اگر خرابیها در مقیاس کوچک باشند، قابلیت آشکارسازی آن به کمک بازرسی چشمی وجود ندارد.
حال لازم است بدانیم چرا ما به پایش سلامت سازهها نیاز خواهیم داشت؟ علت را میتوان در موارد زیر جستجو نمود:
- سازههای فرسوده در مقابل بارهای غیرقابل پیشبینی (مانند باد و زلزله) آسیبپذیر هستند.
- پایش عملکرد سازه بعد از زلزله
- به کمک آن میتوان برای طرحهای ترمیم و مقاومسازی سازهها برنامهریزی نمود.
- استفاده از رویکرد آییننامههای جدید بهمنظور افزایش طول عمر سازه
- میتوان سازه را بر اساس فلسفه طراحی- عملکردی طراحی نمود.
پایش سلامت سازهها به کمک مراحل زیر امکانپذیر است:
- میتوان عملکرد سازه را به کمک نصب تجهیزات لرزهای، سنسورهای لرزهنگار و جمعآوری دادهها پایش نمود.
- پس از آن به کمک نرمافزارهای تخصصی میتوان دادههای به دست آمده را مورد تجزیهوتحلیل قرار داد.
- حال با بررسی نتایج به دست آمده راهکار مناسبی ارائه میشود.
پارامترهایی که در پایش سلامت سازهها نقش دارند شامل تنشهای وارد بر سازه، جابهجایی المانهای سازهای، تغییرات بار روی سازه، تغییرات دما، ارتعاشات وارده بر المانهای سازهای، نشست در سازه، تغییرات عرض ترکخوردگی و خوردگی المانهای سازهای است.
بر اساس اطلاعات لرزهای روشهای لازم برای انجام پایش سلامت سازهها چیست؟
به کمک دو روش زیر میتوان پایش سلامت سازهها را بر طبق اطلاعات لرزهای انجام داد:
- میتوان به کمک تغییرات در اطلاعات پایهای مودال، آسیب یابی لرزهای را انجام داد. این امر از طریق بررسی تغییر فرکانسها، تغییر در نرمی سازه، تغییرشکلهای مودی، تغییر در میرایی مودها، تغییر در انحنای شکل مود امکانپذیر است.
- به کمک بهروز رسانی مدلهای المان محدود در سازه میتوان آسیب یابی لرزهای سازه را انجام داد.
بهمنظور پایش سلامت سازهها ابتدا پاسخ سازه به کمک حسگرها جمعآوری میشود. در تست ارتعاش محیطی؛ تنها خروجی اندازهگیری میشود اما در مورد تست ارتعاش اجباری، خروجی و ورودی هر دو اندازهگیری میشوند. سپس یا تاریخچه زمانی پاسخ سازه را در نظر میگیریم و یا بر روی دادههای خود تحلیل مودال انجام میدهیم.
در این مرحله میرایی مودها و فرکانس آنها استخراج میشود. در مرحله سوم عملیات آسیب یابی به کمک پاسخ سازه براساس اطلاعات مرحله قبل و به کمک الگوریتم پایش سلامت، انجام میشود.
مزایای پایش سلامت سازهها چیست؟
سیستم پایش سلامت سازهها را میتوان به سیستم مغز و اعصاب بدن تشبیه نمود؛ زیرا سیستم مغز و اعصاب شرایط بدن را بهصورت لحظهای حس کرده و سپس به مغز ارسال میکند. مغز نیز دادهها را دریافت کرده و آنها را پردازش میکند. در نهایت انسان قادر به درک وضعیت بدن خود است.
پس میتوان بیان نمود که سازهی فاقد سیستم پایش سلامت مانند بدن بدون سیستم عصبی هست. زمانی که در بدن سیستم عصبی وجود نداشته باشد اگر اعضای بدن دچار آسیب شده باشند، انسان متوجه بیماری خود نخواهد شد و اقدامی در جهت بهبودی خود انجام نخواهد داد. در نهایت اعضای آسیبدیده بدن دچار مرگ خاموش خواهند شد. برای سازه نیز عملکرد پایش سلامت به همین صورت است.
مزایای سیستم پایش سلامت سازهها به شرح زیر است:
- بهصورت خودکار وضعیت سازه را موردبررسی و ارزیابی مداوم قرار میدهد.
- بهصورت خودکار نقاط آسیبدیده سازه را بهسرعت تعیین میکند و از انتشار و یا گسترش آسیب جلوگیری میکند.
- بهصورت خودکار امنیت کلی سازه را در هنگام وقوع زلزله و وارد آمدن نیروهای شدید مشخص میسازد.
- وضعیت سازه را بهمرور زمان موردبررسی قرار میدهد.
- هزینه پایین
- کارایی بالا
- تعیین میزان و تعیین روش مقاومسازی و یا ترمیم احتمالی در ساختمان
- بررسی صحت ترمیم و یا مقاومسازی انجام شده
اما در این فرآیند پایش سلامت سازهها یک نکته بسیار حائز اهمیت است و آن استفاده از سنسورهای شتابنگار دقیق که منجر به ثبت ارتعاشات سازه با صحت کامل میشود، که همین امر به پایش رفتار سازه و یا کاهش خسارتهای ناشی از زلزله کمک شایانی میکند.
یکی از دقیقترین و اقتصادیترین سنسورها، سنسورهای شتابنگار HAT تولید کشور عزیزمان است. شرکت ارزیابی و تأمین ایمنی لرزهای مأمن ایرانیان با بهرهگیری از فنّاوری روز و استفاده از دقیقترین سنسورهای شتابنگار HAT که در حساسترین پروژههای کشور مانند نیروگاههای اتمی بوشهر در حال استفاده است، آماده خدمترسانی در زمینههای پایش سلامت سازهها و ارائه تجهیزات لرزهای میباشد.