رفتار شناسي خرابي و تعيين وزن ناشي از بارگذاري ترافيك با استفاده از خاصيت خودتشخيصي در حسگرهاي بتني

Methodology of Damage Detection and Weight in Motion Performance under Traffic Loading Based on Self-Sensing Concrete

استفاده از حسگرهاي باقابليت خود تشخيصي كه علاوه بر تعيين ميزان نيروي وارده، عملكرد ديگري مانند تشخيص روند رشد خرابي را در جسم روسازي بتني بر عهده بگيرند، در حال حاضر توسعه زيادي يافته است و بخش مهمي از سيستم پايش جسم روسازي راه است. در اين تحقيق امكان استفاده از حسگرهاي سنجش خرابي به‌عنوان حسگرهاي تعيين بار خودرو در روسازي به‌طور هم‌زمان بررسي خواهد شد. با استفاده از اين حسگرها علاوه بر اينكه سطح سلامت سازه و گسترش ترك در آن‌ها به‌مرورزمان تحت بررسي قرار مي­گيرد، مي­توان از آن‌ها به‌عنوان حسگرهاي تعيين بار و شمارشگر خودرو نيز استفاده نمود. بنابراين اهميت اين تحقيق در توسعه زيرساخت هوشمندي است كه قادر است سلامت خود را بطور پيوسته نشان دهد كه اين خاصيت در مديريت و تعمير و نگهداري روسازي نقش بسيار مهمي را بر عهده دارد و همچنين با تعيين وزن و تعداد ترافيك عبوري بر روي روسازي، اين حسگر مي­تواند جانشين مناسبي براي حسگرهاي موجود باشد. به‌منظور شبيه‌سازي شرايط وجود حسگر در جسم روسازي، يك حسگر بتني كوچك ساخته شد و در ميان يك تير بتني به‌عنوان يك المان از محيط روسازي جاي‌داده شد. به‌منظور فرمول‌بندي رفتار تشخيص بار ترافيك در جسم روسازي، تير بتني تحت بارگذاري ديناميكي با شدت مختلف قرار گرفت. نتايج نشان داد كه حداكثر بار خارجي وارده به حسگر (Fmax) با حداكثر پاسخ حسگر(Smax) به نسبت شيب منحني نيرو- زمان(tgα)به شيب منحني پاسخ حسگر- زمان (tgβ) وابسته است. همچنين در ادامه به‌منظور ارزيابي رفتار تشخيص خرابي توسط حسگر بتني، بارگذاري به‌صورت استاتيك به تير بتني وارد شد تا درنهايت تير بتني حاوي حسگر بتني بشكند. نتايج نشان داد نقطه شكست، روند گسترش خرابي و درنهايت مرحله جداشدگي كامل نمونه به‌وضوح توسط حسگر تفكيك‌شده است. بنابراين مي­توان نتيجه گرفت كه استفاده هم‌زمان از حسگر سنجش خرابي براي ارزيابي رشد خرابي و همچنين تشخيص بار وارده به روسازي به‌عنوان يك حسگر فشارسنج، امكان‌پذير بوده و قابليت فرمول‌بندي آن با دقت بالا (99/.˃ 0R2adj) وجود دارد.

In this study, the possibility of using sensors to determine the vehicle loads in the pavement simultaneously with the damage detection sensor activity, was investigated. In this research, the possibilities of using damage detection sensor as piezoresistive sensor was investigated simultaneously. With this sensor, in addition to health monitoring and propagation of cracks in their structures over the time, they were also used as a sensor to determine the vehicle load and counter cars. In order to simulate conditions of concrete sensor embedded in concrete pavement, a small concrete sensor was buried in concrete beam as an element of concrete pavement. In order to formulate the traffic load on the pavement, concrete beam was tested under different magnitudes of dynamic loads. The results showed that the maximum external load exerted on the sensor (Fmax) with a maximum response of the sensor (Smax) is related to the proportion of force-time curve slope (tgα) sensor response - time curve slope (tgβ). It also continues to evaluate the behavior of the sensor damage detection concrete sensor by loading in static regime up to failure. The results showed the point of failure, growth of crack propagation and separation of concrete beam were clearly shown by sensor response. Therefore, it can be concluded that use of damage detection sensor for piezoresistive application is possible and the sensor can evaluate the load with of high-precision formulation (R2adj.> 0.99).