تشخیص خسارت لرزه ای پایه های بتنی پلهای راه آهن با استفاده از تحلیلهای زمان-فرکانس

روش‏های ارتعاش-پایه سلامت سنجی، برمبنای تغییرات ایجاد شده در ویژگی‏های ارتعاشی و دینامیکی پس از بروز آسیب می باشند. در طول دو دهه گذشته تحقیقات مفصلی پیرامون روش‏های ارتعاش-پایه صورت گرفته که منجر به پیدایش تکنیکها، روش‏ها و الگوریتمهای متعددی شده است. این روش‏ها را می توان به روش‏های مودی و سیگنالی تقسیم بندی کرد. در روشهای سیگنالی در حوزه زمان و در حوزه فرکانس باید از سیگنالهای مانا و ترجیحاً خطی استفاده شود ولی پلها دارای پاسخ غیرمانا بوده و پاسخ دینامیکی آنها تحت تأثیر زلزله معمولاً متاثر از رفتار غیرخطی می باشند. لذا در این رساله برای اولین بار استفاده از روش سیگنالی حوزه زمان-فرکانس بر مبنای توابع زمان-فرکانس مربعی برای استخراج مشخصه و شناسایی پلها مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این رساله شش تابع زمان-فرکانس مربعی مورد ارزیابی قرار گرفته اند و تابع توزیع تداخلی کاهش یافته به عنوان تابع مطلوب برای پردازش سیگنالهای پاسخ پایه های بتنی پلها شناسایی گردیده است. با این وجود استخراج مشخصات دینامیکی سیگنالهای پاسخ پایه های بتنی پلها برای اولین بار با استفاده از تابع توزیع تداخلی کاهش یافته انجام شده و پلانهای زمان-فرکانس محاسبه گردیده اند. علاوه بر آن هفت طول پنجره مختلف برای استفاده در توابع زمان-فرکانس مربعی به منظور پردازش سیگنالهای پاسخ پایه های بتنی پلها مورد ارزیابی قرار گرفته و طول پنجره بهینه شناسایی شده است. بر حسب مشخصه های دینامیکی استخراج شده، روش تفاضل ماتریسی اصلاح شده، روش تفاضل ماتریسی اصلاح شده ارتقاء یافته و روش تانسوری پیشنهاد گردیده است. علاوه بر آن به منظور شناسایی آسیب و تشخیص محل آن، در این رساله الگوریتم سیگنالهای پاسخ لرزه ای و تابع زمان-فرکانس، الگوریتم نیروی محرک و تابع زمان-فرکانس، الگوریتم تابع زمان-فرکانس و روش تانسوری و الگوریتم شناسایی آسیب در پایه ها ارائه شده اند. در پیشنهاد الگوریتمها موارد متعددی از جمله سهولت کاربرد، عدم نیاز به مدل تحلیلی، به حداقل رساندن اطلاعات میدانی، کمینه کردن محاسبات دفتری، حداقل نمودن تعداد حسگرها و امکان بهره برداری به صورت درون خطی(on line) مورد نظر قرار گرفت. به منظور ارزیابی الگوریتمهای پیشنهادی و روشهای تفاضل ماتریسی اصلاح شده و تانسوری از مدل تحلیلی پل قطور و همچنین مدل تحلیلی پل w180 استفاده شده است. شایان ذکر است مصالح بکار رفته در پل قطور توسط اداره خط و سازه های فنی شرکت راه آهن جمهوری اسلامی ایران مورد آزمایشات جامع قرار گرفته است. علاوه بر آن با حفر چند گمانه و نمونه بردای و انجام آزمایشات متعدد، خاک محل سایت پل قطور مورد مطالعه قرار گرفته است. ساخت مدل تحلیلی پل قطور بنابر نتایج آزمایشات انجام شده صورت پذیرفته است. شایان ذکر است متناسب با الگوریتمها و روشهای پیشنهاد شده، تحقیقات جامع پیرامون سیگنالهای ثبت شده توسط حسگرهای جابجایی سنج، سرعت سنج و شتاب سنج انجام پذیرفته و نوع سیگنال بهینه برای بکارگیری در الگوریتمها و روشهای پیشنهادی تعیین گردیده است. علاوه بر آن الگوریتمها و روشهای پیشنهاد شده به طور گسترده مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده نشاندهنده توانایی بسیار بالای الگوریتمها و روشهای ارائه شده در تشخیص آسیب و شناسایی محل آن در پایه های بتنی پلها می باشند. لازم به ذکر است برای انجام مطالعات و ارزیابی الگوریتمها و روشهای پیشنهاد شده در رساله، یک برنامه در محیط نرم افزار matlab تحت عنوان ddcpb تدوین شده است.