شناسایی غیرمستقیم آسیب در پل (تیر) با اندازه‌گیری نسبت انتقال‌پذیری پاسخ ارتعاشی وسیله‌نقلیه عبوری

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان

10.22044/jsfm.2020.7764.2772

چکیده

در اغلب روش‌های پایش سلامت پل، تعداد زیادی حسگر ارتعاشی بر روی سازه نصب می‌شوند که این امر معمولاً هزینه‌بر و زمان‌بر است. اخیراً روش‌هایی پیشنهاد شده‌‌ است که از پاسخ ارتعاشی وسیله‌نقلیه عبوری به منظور دستیابی به پارامترهای مودال پل بهره می‌برند. در این مقاله، به کمک محاسبه نسبت انتقال‌پذیری پاسخ وسیله‌نقلیه، به شناسایی غیرمستقیم آسیب در پل پرداخته شده است. از آنجا‌که داده‌برداری توسط شتاب‌سنج‌ نصب شده بر روی محور وسیله‌نقلیه انجام می‌گیرد؛ وسیله‌نقلیه می‌تواند بدون توقف از روی پل عبور کند و اندازه‌گیری شتاب، درحال حرکت صورت می‌گیرد. از دیگر مزایای این روش، عدم وابستگی به خصوصیات نیروی تحریک است در حالی که در اغلب روش‌ها، فرض نویز سفید برای نیروی تحریک وجود دارد. به منظور شبیه‌سازی، پل به صورت المان محدود و وسیله‌نقلیه به صورت دو سیستم دو درجه آزادی جرم-فنر-دمپر مدل شده است. با حل هم‌زمان مدل پل-وسیله‌نقلیه، پاسخ وسیله‌نقلیه محاسبه و شکل مود پل استخراج شده است. در ادامه با درنظر گرفتن آسیب در پل و حل مجدد، شکل مود جدید محاسبه و با بکارگیری شاخص تغییر انحنای شکل مود، موقعیت آسیب شناسایی شده‌است. بررسی‌‌ها نشان می‌دهند که روش پیشنهادی قادر است مکان آسیب را با دقت قابل قبولی در حضور نویز شناسایی نماید.

کلیدواژه‌ها


[1] Doebling SW, Farrar CR, Prime MB, Shevitz DW  (1996) Damage identification and health monitoring of structural and mechanical systems from changes in their vibration characteristics: a literature review. Los Alamos National Lab., NM (United States).

[2] Sohn H, Farrar CR, Hemez FM, Czarnecki JJ (2004) A review of structural health monitoring literature: Los Alamos National Laboratory Los Alamos, NM.

[3] Carden EP, Fanning P (2004) Vibration based condition monitoring: a review. Struct Health Monit 3(4): 355-377.

[4] Fan W, Qiao P (2011) Vibration-based damage identification methods: a review and comparative study. Struct Health Monit 10(1): 83-111.

[5] Das S, Saha P, Patro S (2016) Vibration-based damage detection techniques used for health monitoring of structures: a review. J Civ Struct Health Monit 6(3): 477-507.

[6] Davis SL, Goldberg D, DeGood K, Donohue N, Corless J (2013) The Fix We're In For: The State of Our Nation's Bridges.

[7] Pakrashi V, O'Brien E, O'Connor A (2011) A review of road structure data in six European countries. Proc ICE Urban Des Plan 164(4): 225-232.

[8] Fujino Y, Siringoringo D (2011) Bridge monitoring in Japan: the needs and strategies. Struct Infrastruct E 7(7-8): 597-611.

[9] Wang L, Chan TH (2009) Review of vibration-based damage detection and condition assessment of bridge structures using structural health monitoring. QUT Con Proc.

[10] Seo J, Hu JW, Lee J (2015) Summary review of structural health monitoring applications for highway bridges. J Perform Constr Fac 30(4): 04015072.

[11] Yang YB, Lin C, Yau J (2004) Extracting bridge frequencies from the dynamic response of a passing vehicle. J Sound Vib 272(3): 471-493.

[12] Yang Y, Lin C (2005) Vehicle–bridge interaction dynamics and potential applications. J Sound Vib 284(1): 205-226.

[13] Lin C, Yang Y (2005) Use of a passing vehicle to scan the fundamental bridge frequencies: An experimental verification. Eng Struct 27(13): 1865-1878.

[14] Pandey A, Biswas M, Samman M (1991) Damage detection from changes in curvature mode shapes. J Sound Vib 145(2): 321-332.

[15] Zhu X, Law S (2006) Wavelet-based crack identification of bridge beam from operational deflection time history. Int J Solids Struct 43(7): 2299-2317.

[16] Arora V, Singh S, Kundra T (2009) Damped model updating using complex updating parameters. J Sound Vib 320(1): 438-451.

[17] Farrar C, James III GH (1997) System identification from ambient vibration measurements on a bridge. J Sound Vib 205(1): 1-18.

[18] Zhang Y, Wang L, Xiang Z (2012) Damage detection by mode shape squares extracted from a passing vehicle. J Sound Vib 331(2): 291-307.

[19] Yang Y, Li Y, Chang K (2014) Constructing the mode shapes of a bridge from a passing vehicle: a theoretical study. Smart Struct Syst 13(5): 797-819.

[20] Oshima Y, Yamamoto K, Sugiura K (2014) Damage assessment of a bridge based on mode shapes estimated by responses of passing vehicles. Smart Struct Syst 13(5): 731-753.

[21] Malekjafarian A, Obrien E (2014) Identification    of bridge mode shapes using short time     frequency domain decomposition of the responses measured in a passing vehicle. Eng Struct 81: 386-397.

[22] Kong X, Cai C, Kong B (2014) Damage    detection based on transmissibility of a vehicle and bridge coupled system. J Eng Mech 141(1): 04014102.

[23] He WY, He J, Ren WX (2018) Damage localization of beam structures using mode shape extracted from moving vehicle response. Measurement 121: 276-285.

[24] He WY, Ren WX, Zuo XH (2018) Mass‐normalized mode shape identification method for bridge structures using parking vehicle‐induced frequency change. Struct Control Hlth 25(6): e2174.

[25] Malekjafarian A, OBrien EJ (2017) On the use of a passing vehicle for the estimation of bridge mode shapes. J Sound Vib 397: 77-91.

[26] Yang Y, Yang JP (2018) State-of-the-art review on modal identification and damage detection of bridges by moving test vehicles. Int J Struct Stab Dyn 18(02): 1850025.

[27] Keenahan J, OBrien EJ, McGetrick PJ, Gonzalez A (2013) The use of a dynamic truck-trailer drive-by system to monitor bridge damping. Struct Health Monit 13(2): 143-157.

[28] Tedesco JW, McDougal WG, Ross CA (1999) Structural dynamics: theory and applications. Addison Wesley Menlo Park, CA.

[29] Araújo IG, Laier JE (2014) Operational modal analysis using SVD of power spectral density transmissibility matrices. Mech Syst Signal Process 46(1): 129-145.

[30] Sinha JK, Friswell M, Edwards S (2002) Simplified models for the location of cracks in beam structures using measured vibration data. J Sound Vib 251(1):  13-38.

[31] Shi Z, Law S, Zhang L (2000) Damage localization by directly using incomplete mode shapes. J Eng Mech 126(6): 656-660.

[32] Hadjileontiadis L, Douka E, Trochidis A (2005) Fractal dimension analysis for crack identification in beam structures. Mech Syst Signal Process 19(3): 659-674.

[33] Fan W, Qiao P (2009) A 2-D continuous wavelet transform of mode shape data for damage detection of plate structures. Int J Solids Struct 46(25): 4379-4395.

[34] Li H, He CJ, Ji JL, Hui W, Hao CZ (2005) Crack damage detection in beam-like structures using RBF neural networks with experimental validation. Int J Innov Comput I 1(4): 625-634.

[35] OBrien EJ, Malekjafarian A (2016) A mode shape‐based damage detection approach using laser measurement from a vehicle crossing a simply supported bridge. Struct Control Hlth 23(10): 1273-1286.