كنترل سلامت يك سد بتني قوسي با استفاده از يك روش تركيبي موثر مبتني بر تجزيه حوزه فركانس و تبديل موجك

Health monitoring of an arch concrete dam using a combined effective method in the time-frequency domain

تحليل مودال عملياتي، به عنوان شاخه اي از شناسايي سيستم، نقش بسيار مهم و كاربردي در تعيين مشخصات ديناميكي سازه ها ايفا مي كند. در اين رويكرد عملياتي كه مبتني بر آزمايش ارتعاش محيطي تحقق مي پذيرد، بارهاي محيطي و بهره برداري به عنوان منشا تحريك سازه در نظر گرفته مي شوند. در تحقيق حاضر، يك روش تلفيقي تشكيل يافته از تجزيه حوزه فركانس (FDD) و تبديل موجك (WT) ، تحت عنوان FDD-WT، به منظور شناسايي فركانس هاي طبيعي و نسبت هاي ميرايي يك سد بتني قوسي پيشنهاد شده است. علاوه بر اين، تبديل موجك پاسخ هاي لرزه اي نيز به منظور صحت سنجي و مقايسه نتايج محاسبه شده اند. براي اين منظور، با استفاده از نمايش زمان- فركانس بدست آمده از تبديل موجك، موقعيت زماني و فركانسي مودهاي سيستم در طي وقوع زلزله هاي مختلف مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته است. در اين مقاله، سد بتني قوسي پاكويما واقع در ايالت كاليفرنياي آمريكا به عنوان مطالعه موردي انتخاب شده است و از ركوردهاي لرزه اي مربوط به زلزله هاي 1994 نورتريج، 2001 سن فرناندو و 2008 چينوهيلز نيز به منظور ارزيابي مشخصات ديناميكي و كنترل سلامت سازه اي، در طول دوره زماني 1994 تا 2008 استفاده شده است. بررسي تغييرات فركانس هاي طبيعي سازه نشان مي دهد كه سد مذكور در طي زلزله 1994 نورتريج (حدود ثانيه چهارم) دچار آسيب جدي شده بود، در حالي كه ارتعاشات اين سازه بتني در طي 4 ثانيه اول اين زلزله و نيز زلزله هاي 2001 و 2008، تقريبا به صورت خطي بوده است.

Operational modal analysis (OMA), as a branch of the system identification, plays a very important and practical role in determining the dynamic characteristics of the structures. In the operational approach that is implemented based on the ambient vibration test, the ambient and operation loads are considered as the excitation source of the structure. In the present research, an integrative method composed of frequency domain decomposition (FDD) and wavelet transform (WT) called FDD-WT is proposed in order to identify the natural frequencies and damping ratios of an arch concrete dam. Furthermore, the wavelet transform of the seismic responses is also calculated in order to validate and compare the results. For this purpose, the time and frequency position of the system modes during the different earthquakes is evaluated using the time-frequency representation obtained from wavelet transform. In this paper, Pacoima arch concrete dam located in California, US is selected as the case study and the seismic records related to 1994 Northridge, 2001 San Fernando and 2008 Chino Hills earthquakes are also used to evaluate the dynamic characteristics and structural health monitoring during the period between 1994 to 2008. Investigation of changes in the natural frequencies of the structure indicates that the dam had taken serious damage during 1994 Northridge earthquake (about the fourth second), while the vibrations of the concrete structure has been almost linear during the first 4 seconds of the earthquake and also in 2001 and 2008 earthquakes.