شناسايي آسيب در پل‌هاي كابلي با استفاده از اطلاعات مودال

Damage identification in cable-stayed bridges using modal data

در اين مطالعه به بررسي روش‌هاي شناسايي آسيب در پل‌هاي كابلي پرداخته شده است. پل‌هاي كابلي سازه‌هايي انعطاف پذير هستند كه در عين حال، از لحاظ لرزه‌اي نيز بسيار حساس مي‌باشند. به‌علت رفتار ارتعاشي پيچيده‌ي حاكم بر پل‌هاي كابلي، همواره استفاده از روش‌هاي شناسايي آسيب بر پايه‌ي اطلاعات ارتعاشي در پل‌هاي كابلي با چالش‌هايي جدي روبرو بوده است. در اين مطالعه، به مدل‌سازي، آناليز و تشخيص آسيب در يك نمونه از پل‌هاي كابلي (پل كابلي بيل ‌امرسون در ايالت ميسوري) پرداخته شده است. در ابتدا، يك مدل اجزاي محدود دقيق و صحيح براي شبيه‌سازي و مطالعه‌ي حالات مختلف آسيب در پل، ارائه شده است. سپس، مساله‌ي شناسايي آسيب مورد مطالعه قرار گرفته است. روند كلي كار به‌اين صورت است كه از چهار شاخص شناسايي آسيب براساس اطلاعات مودال (مود شكل‌ها و فركانس‌هاي طبيعي) استفاده و در هر مورد، نتيجه‌هاي شناسايي آسيب توسط شاخص‌هاي مربوط ارائه شده‌اند. اين روش‌ها شامل شاخص هم‌بستگي اطمينان مودال بهبود يافته، شاخص خرابي، انحناي مودال، شاخص انعطاف‌پذيري مودال مي‌باشند. تعدادي از اين روش‌ها براي شناسايي آسيب در سازه‌ها و پل‌ها در گذشته به‌كار برده شده‌اند. در اين مقاله، به بررسي مقايسه‌اي اين روش‌ها تحت الگو‌هاي مختلف آسيب و همچنين بررسي قوت روش‌ها تحت چالش‌هايي نظير وجود نوفه‌هاي تصادفي در داده‌هاي ورودي، اطلاعات مودال ناقص و توانايي شناسايي آسيب‌ها با شدت كم در پل‌هاي كابلي پرداخته شده است و در ادامه، كارايي روش‌ها مورد ارزيابي قرار گرفته است.

In this study, damage detection methods of cable stayed bridges were investigated. Cable stayed bridges are flexible structures; meanwhile they are sensitive to vibrations due to their complicated and multiple vibrations modes; therefore, damage detection methods based on vibration data in cable-stayed bridges has become a challenging issue. In the present study, finite element model of Bill Emerson, Missouri cable stayed bridge was simulated in order to achieve a precise finite element model to simulate the damage scenarios in bridge and the study of them. General process includes four damage detection indices based on the modal data (mode shapes and natural frequencies) achieved by modelling structure and simulated damages and in each case the results of damage detection were presented by indices. These methods are: Enhanced Coordinate Modal Assurance Criterion (ECOMAC), Mode Shape Curvature (MSC), Modal Flexibility Index (MFI), Damage Index (DI). Some of the methods were applied in damage detection of the pervious structures and bridges. In this paper, correlative study of these methods were performed based on different damage scenarios as well as study of challenges such as different levels of random noise in the input data, incomplete modal data and low damage intensity in detection of damage in cable-stayed bridge and then, performance of the methods were assessed.