پایش سلامت سازه در مهندسی عمران چیست

What is Structural Health Monitoring in Civil Engineering

24 خرداد 1401 | مهندس زهرا راستین

پایش سلامت سازه (SHM) فرآیند استفاده از تکنیک‌های تشخیص آسیب و تعیین مشخصات آن برای سازه‌های حیاتی مانند پل‌ها، توربین‌های بادی و تونل‌ها است. این یک روش ارزیابی سازه ای غیر مخرب در محل است که از چندین نوع حسگر تعبیه شده یا متصل به سازه استفاده می کند. فرآیند پایش سلامت سازه شامل نصب حسگرها، جمع‌آوری داده‌، انتقال داده‌ و عیب‌یابی است که از طریق آن بر ایمنی، استحکام، یکپارچگی و عملکرد سازه نظارت می‌شود. در صورت مشاهده اضافه بار یا هر گونه نقص دیگر، اقدامات اصلاحی مناسب پیشنهاد می شود.

اهداف پایش سلامت سازه

  1. بهبود عملکرد (وایمنی) سازه های موجود.
  2. قرار دادن حسگرها در حین ساخت و ساز، ناظران را قادر می سازد تا وضعیت سازه را ارزیابی کرده و طول عمر باقیمانده آن را مشخص کنند.
  3. ارزیابی یکپارچگی سازه پس از زلزله.
  4. نظارت و ارزیابی سازه برای نگهداری به موقع و مقرون به صرفه ضروری است .
  5. فرآیند SHM داده هایی را در مورد عملکرد واقعی سازه ها جمع آوری می کند. این داده ها می تواند به طراحی سازه های بهتر در آینده کمک کند.
  6. تغییر به سمتفلسفه طراحیمبتنی برعملکرد.

اجزای سیستم پایش سلامت سازه

سیستم پایش سلامت سازه شامل چندین مؤلفه است که به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده و در زیر مورد بحث قرار گرفته اند:

اجزای سیستم پایش سلامت سازه
شکل 1: تصویر شماتیک اجزای سیستم پایش سلامت سازه و وظایف مرتبط

1. سازه

سازه‌های حیاتی مانند پل‌ها، تونل‌ها، سدها و توربین‌های بادی بیشتر تحت پایش قرار می‌گیرند، زیرا بخش حیاتی زیرساخت ملی هستند.

2. سیستم جمع آوری داده

جمع آوری داده به تعداد و نوع حسگرها، نحوه فعال کردن حسگرها و تکنیک های ذخیره داده می پردازد. قرار دادن سنسورها نباید رفتار سازه را تغییر دهد، بنابراین لازم است محل سیم کشی، باکس و... در مرحله طراحی در نظر گرفته شود. حسگرها باید مناسب و مستحکم باشند و عملکرد خود را به خوبی برای مدت زمان مشخص حفظ کنند. هر سنسور می تواند جنبه خاصی از سازه را ارزیابی کند. آنها کرنش، خیز، دوران، دما، خوردگی، پیش تنیدگی و غیره را اندازه گیری می کنند. انواع مختلفی از حسگرها مانند مواردی که در جدول 1 ارائه شده است برای استفاده در دسترس هستند، اما سنسورهای فیبر نوری جدیدترین حسگرهای مناسب برای زیرساخت هستند.   

جدول-1: اندازه گیری پاسخ سازه با استفاده از سنسورهای مختلف

موارد اندازه گیری دستگاه اندازه گیریخروجی دستگاه دلایل
بارهاسلول های بارارزیابی شدت و توزیع نیروها بر روی سازه.برای بررسی اینکه آیا بارها مورد انتظار هستند و چگونگی توزیع آنها بر روی سازه.
تغییر شکلمبدل هاخیزبرای اطمینان از اینکه آیا خیزدر حد قابل تحمل است یا خیر. در غیر این صورت ممکن است نیاز به ترمیم و بهسازی باشد.
کرنشکرنش سنجبزرگی و تنوع کرنش هابرای بررسی ایمنی و یکپارچگی سازه.
دماترمیستورها، ترموکوپل ها، مدارهای دمایی مجتمعدما و تغییرات آنتغییرات دما باعث انبساط حرارتی می شود و چرخه های مکرر می تواند به سازه ها آسیب برساند و روی کرنش ها تاثیر بگذارد.
شتابشتاب سنج شتاب سازه تحت بار، به ویژه در مناطق مستعد لرزهبررسی چگونگی مقاومت سازه در برابر شتاب و بارهای ناشی از آن
سرعت و فشار بادبادسنجسرعت و فشار در مکان های مختلف.بار باد می تواند بر طراحی پل ها با دهانه بلند و ساختمان های بلند حاکم باشد.
انتشار آکوستیکمیکروفوناندازه گیری صداها وتعیین محل آنها با استفاده از مثلثاتبرای تشخیص شکستگی عناصر در یک سازه و تعیین محل آن. این امر در اعضا پیش تنیده و پل های کابلی بسیار کاربردی است
پایش ویدئوییتکنولوژی دوربین اینترنتیضبط فیلم هایی از شرایط نامساعد سازهثبت بارهای شدید و شناسایی کامیون ها با بار مضاعف روی پل ها.

 

سیستم جمع آوری داده
شکل 2: پایش سازه پل

3. انتقال داده

انتقال داده ها را می توان از طریق سیمی انجام داد که معمول و مقرون به صرفه است اما ممکن است برای سازه های بزرگ عملی نباشد. به عنوان روش دیگر، ارتباط بی سیم را می توان در نظر گرفت که برای سازه های بزرگ مناسب است، اما کندتر و گرانتر از روش سیمی است. خطوط تلفن گزینه دیگری برای انتقال اطلاعات از سایت به دفاتر خارج از سایت است. این تکنیک‌های انتقال داده، نیاز به بازدید از محل برای جمع‌آوری و انتقال داده‌ها را برطرف می‌کند.

4. پردازش دیجیتال 

پس از انتقال داده ها، پردازش دیجیتال برای حذف اثرات ناخواسته مانند نویزها انجام می شود. این کارباید قبل از ذخیره اطلاعات انجام شود. پردازش دیجیتال تفسیر داده ها را آسان تر، سریع تر و دقیق تر می کند.

5. ذخیره سازی داده ها

داده های پردازش شده را می توان برای مدت طولانی ذخیره کرد و در آینده برای تجزیه و تحلیل و تفسیر بازیابی کرد.

6. تشخیص داده ها

فرآیندهای تشخیصی شامل تبدیل داده های انتزاعی به اطلاعات مفید در مورد وضعیت سازه و پاسخ آن به بارها می باشد. بنابراین، داده‌های نهایی به‌دست‌آمده از پایش سلامت سازه باید دقیق و فیزیکی باشد که براساس آن بتوان تصمیمات مهندسی منطقی و مبتنی بر دانش را اتخاذ کرد. روش مورد استفاده برای فرآیند تشخیص به نوع سازه، مکان و نوع حسگرها، هدف پایش و پاسخ سازه مورد بررسی بستگی دارد.

انواع آزمایش پایش سلامت سازه

انواع آزمایش سیستم پایش سلامت سازه را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

بر اساس مقیاس زمانی پایش:

  1. تست مداوم
  2. تست دوره ای

بر اساس نحوه برانگیختن پاسخ در سازه:

  1. بارگذاری استاتیک
  2. بارگذاری پویا
  3. ارتعاشات محیطی

مزایای پایش سلامت سازه 

  1. درک بهتر رفتار سازه در محل
  2. شناسایی آسیب ها در مراحل اولیه
  3. کاهش زمان بازرسی و تعمیر
  4. تشویق به استفاده از مواد نوآورانه
  5. کمک به توسعه مدیریت منطقی و استراتژی های تعمیر و نگهداری

معایب

  1. هزینه نصب بالا
  2. آسیب پذیری به آلودگی های صوتی محیط پیرامون
  3. آسیب پذیری در برابر شرایط زلزله
  4. چالش های استفاده از SHM مانند دسترسی به ساختمان، کار با حجم عظیم داده های تولید شده توسط حسگرها، شرایط محیطی و غیره.
  5. به علت اندازه و پیچیدگی سازه های بزرگ لازم است تعداد زیادی حسگر در نقاط مختلف روی آنها نصب شود.

  کاربرد سیستم پایش سلامت سازه در سازه های مختلف در سراسر جهان

 

پل سوتونگ در چین
شکل 3: پل سوتونگ در چین
بزرگراه Egnatia  در یونان
شکل 4: بزرگراه Egnatia  در یونان

مطالب مرتبط

سنجش از راه دورRemote Sensing
6 نوع فناوری ساخت و ساز که در آینده از آنها استفاده خواهید کرد6 Types of Construction Technology You Will Use in the Future
اهمیت ابزار مدرن ترسیم و تجسم  جزئیات برای مشخصات فنی مصالح و کالاهاThe Importance of Modern Visualization Tools in Material Specification
معرفی لوازم هوشمند خانگی Smart Home Products
جاده در دست تعمیر است: انقلابی نوظهور در صنعت جاده‌سازیRoad work ahead The emerging revolution in the road construction industry
هوش مصنوعی در ساخت و ساز: روشی نوآورانه برای کمک به کارگرانArtificial Intelligence in Construction An Innovative Way to Assist Workers
10 مورد از هیجان انگیزترین نوآوری های صنعت ساخت و ساز10 Most Exciting Innovations Happening in the Construction Industry

نظر دهيد

نظر شما با موفقیت ثبت شد و پس از تائید منتشر میشود .