توصيفگر ها :
پايش سلامت سازه , آناليز مودال , فركانس , شكل مود , شناسايي ترك , ستون
چكيده فارسي :
امروزه با توجه به وجود سازههاي مهم و پيچيده در جهان، اطلاع از وضعيت داخلي سازهها اهميت بسياري دارد كه با آگاهي از محل و نوع خرابيهاي موجود در سازه ميتوان به تعمير خرابي و از بين بردن علل آن پرداخت و از خرابيهاي ناگهاني و خسارات جاني و مالي عظيم جلوگيري كرد. به اين منظور در سالهاي اخير با همكاري محققان در رشتههاي مختلف، شاخهي جديدي از علم با عنوان "پايش سلامت سازه" پايه گذاري شده است كه شامل تمامي مجموعه فعاليتهاي انجام گرفته در راستاي آگاهي از وضعيت سازه ميباشد. در سازههاي بتني هم مانند ساير سازهها خرابيهاي زيادي به دلايل مختلفي در طول زمان ايجاد ميشود؛ اما تركهاي داخلي بتن از مهمترين خرابيهاي موجود در سازه ميباشند كه بر عمر مفيد و كيفيت عملكرد سازه تاثير به سزايي دارند. با مطالعات انجام گرفته بر سازههاي بتني، روش آناليز مودال يكي از بهترين روشها براي شناسايي آسيبهاي داخلي و پايش سلامت سازههاي بتن آرمه ميباشد. آزمايش مودال، تكنيكي تجربي براي به دست آوردن پارامترهاي مودال سازه شامل فركانس، شكل مود و ميرايي است كه با اعمال ضربه توسط چكش مخصوص در يك نقطه و برداشت پاسخهاي ديناميكي سازه در همان نقطه و نقاط ديگر سازه، با استفاده از حسگر شتاب سنج انجام ميشود. هر آسيبي كه در سازه ايجاد ميشود تاثيرات متفاوتي را بر پارامترهاي مودال ميگذارد. در تحقيقات گذشته نمونههاي ستون تحت بارهاي مختلف و ميزان متفاوت ترك خوردگي ناشي از بارگذاري مورد آزمايش قرار نگرفتهاند. هدف از تحقيق حاضر بررسي تغييرات فركانس و شكل مود در نمونههاي بتني با ترك مصنوعي و بررسي اثر مسير و ابعاد ترك بر پارامترهاي مودال و همچنين بررسي تغييرات پارامترهاي مودال در ستونهاي بتني تحت بارگذاري فشاري خالص و بار محوري با خروج از مركزيت و مقايسهي تاثير ترك فشاري و خمشي بر پارامترهاي مودال ستون است. براي دست يابي به اين اهداف در تحقيق حاضر، 4 ستون بتني مسلح استوانهاي به قطر 130 و ارتفاع 500 ميلي متر و 4 نمونهي بتني استوانهاي به قطر 100 و ارتفاع 200 ميلي متر ساخته شده است. در نمونههاي كوچك تركهاي مصنوعي تعبيه شده است و تاثير مسير ترك و ابعاد آن بر شكل مود و فركانس بررسي شده است. همچنين سه ستون مسلح هر كدام تحت مقادير مختلف بارهاي فشاري خالص، بار محوري با خروج از مركزيت 30 و 60 ميلي متر قرار گرفتهاند و تاثير تركهاي خمشي و فشاري بر فركانس و شكل مودهاي اول تا سوم بررسي گرديده است. نتايج نشان داد تركهاي عمود بر محور خمش و تركهاي خمشي تاثير بيشتري بر فركانس و سختي نمونه دارند و محل آنها در شكل مود قابل شناسايي است اما تركهاي فشاري كه موازي محور خمش هستند تاثير كمتري بر سختي دارند و محل آنها در شكل مود هم به وضوح قابل شناسايي نيست. در مقادير نهايي بار در نمونهاي كه تحت بار محوري فشاري خالص بوده است، فركانس در سه مود اول به طور ميانگين حدود 57% كاهش پيدا كرده است. در حالي كه در نمونههاي تحت بار محوري با خروج از مركزيت 30 و 60 ميلي متر، كاهش فركانس به ترتيب به طور ميانگين 68% و 72% بوده است كه نشان ميدهد تركهاي خمشي تاثير بيشتري بر سختي و فركانس نمونه دارند.
چكيده انگليسي :
Today, due to the existence of important and complex structures in the world, it is crucial to study the internal condition of structures, since knowing the location and the type of damage in the structure can lead to identifying the damage and eliminating its causes while preventing sudden breakdowns, and adverse human and financial losses. For this purpose, in recent years, with the cooperation of researchers in various fields, a new branch of science called "Structural Health Monitoring" has been established, which includes all the set of activities carried out to investigate the condition of the structures. Concrete structures, like other structures, cause much damage over time for a variety of reasons, with the internal concrete cracks being one of the most critical failures in the structure which have a significant impact on the service life and performance quality of the structure. Studies on concrete structures have shown that the modal analysis method is one of the best methods to identify internal damage and monitor the health of reinforced concrete structures. Modal testing is an experimental technique for obtaining the modal parameters of a structure, including frequency, mode shape, and damping, by applying a special hammer at one point and harvesting the dynamic responses of the structure at the same point and other points of the structure, using the accelerometer sensor. Each damage caused to the structure has different effects on the modal parameters. In previous research, column specimens have not been tested under different loads and different rates of loading cracking. This study aimed to investigate the changes in frequency and mode shapes in concrete specimens with artificial cracks, the effect of the crack path and the dimensions of the crack on modal parameters, and to study the changes in modal parameters in concrete columns under the net compressive load and the eccentric load, and the comparison between the effect of compressive and flexural cracks on the modal parameters of the column. In order to achieve these goals in the present study, four reinforced concrete columns with a diameter of 130 mm and a height of 500 mm and four samples of cylindrical concrete with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm were constructed. Artificial cracks are embedded in the small samples, and the effects of the crack path and its dimensions on the mode shape and the frequency have been investigated. Also, the three reinforced columns are each subjected to different amounts of net compressive loads, axial load with an eccentricity of 30 and 60 mm, and the effect of flexural and compressive cracks on the frequency and shape of the first to third modes has been investigated. The results showed that the cracks vertical to the bending axis and the flexural cracks have a more significant effect on the frequency and the stiffness of the sample, and their location can be identified in the mode shape, while compressive cracks parallel to the bending axis have a less significant effect, and their location in the shape of the mode is not clearly identified. In the final load values in the sample under the net compressive axial load, the frequency in the first three modes decreased by an average of about 57%. While in the axial load samples with the eccentricity of 30 and 60 mm, the frequency reduction was 68% and 72% on average, respectively, which shows that flexural cracks have a greater effect on the stiffness and the sampleʹs frequency.
