شناسايي آسيب بر مبناي شناسايي سيستم سد بتني دوقوسي با استفاده از اجزاي چسبنده ترك توسعه يافته و تبديل موجك

Damage Detection Based on System Identification of Concrete Arch Dam using XFEM Based Cohesive Crack Segments and Wavelet Transform

براي شناسايي آسيب در يك سازه بزرگ و پيچيده، نياز به مدلسازي دقيق عددي است تا نتايج بدست آمده از اين مدل غيرخطي، با استفاده از روش شناسايي سيستم مورد مقايسه و ارزيابي قرار گيرند. در اين راستا، مدل المان محدود توسعه‌يافته بر پايه مدل ترك چسبنده (اجزاي چسبنده ترك توسعه‌يافته) براي مواد بتني به عنوان مدلي قابل اطمينان براي ارزيابي پاسخ‌هاي واقعي سازه سد بتني دوقوسي كارون 3 در برابر بارهاي وارده و آسيب‌هاي ايجاد شده مي‌باشد كه در آن كل سازه به عنوان ناحيه مستعد آسيب معرفي شده و ترك اوليه‌اي وجود ندارد. بنابراين مدل عددي سد سالم و آسيب‌ديده به ترتيب با استفاده از روش اجزاء محدود و اجزاي چسبنده ترك توسعه‌يافته ساخته و تحت تحريك لرزه‌اي تحليل مي‌شود. سپس براي تعيين اثرات ترك‌خوردگي و رفتار غيرخطي، با استفاده از شناسايي سيستم بر مبناي تبديل موجك پيوسته، پارامترهاي مودال سازه و تغييرات آن از روي پاسخ سازه براي بدست آوردن زمان شروع ترك‌خوردگي و نيز تشخيص محل آسيب بررسي مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه فركانس طبيعي سد پس از ترك‌خوردگي كاهش مي‌يابد بطوريكه اين كاهش در پاسخ طولي و قائم بيشتر از پاسخ عرضي است. همچنين با استفاده از مقايسه شكل مودهاي ارتعاشي طره مركزي و پلان تاج سد در حالت سالم و آسيب ديده مي‌توان به تشخيص دقيق محل آسيب و محدوده ترك پرداخت. بنابراين با استفاده از تركيب روش اجزاي چسبنده ترك توسعه يافته و تبديل موجك پيوسته مي‌توان الگويي كارآمد براي پايش سلامت سازه‌اي سد بتني دوقوسي ارائه كرد.

The aim of this work is to propose a procedure for online structural health monitoring of a double curvature arch dam structure using combination of the extended finite element model (XFEM) based on cohesive crack model (XFEM based cohesive crack segments) and continuous Wavelet transform (CWT). In this way, the Karun 3 dam, one of Iranian under operation arch dam, is numerically modeled and analyzed using the finite element method (FEM) and XFEM based cohesive crack segments respectively, and the dam is analyzed under the seismic excitation. The XFEM based cohesive crack segments for concrete material as a reliable model is used for investigating real responses of Karun 3 concrete dam against applied loads and damages. In this model, whole of the structure is potentially under damage risk, while there is no initial crack. Then, for specification of crack effects and nonlinear behavior, the structural modal parameters and their variation should be investigated based on structure response for obtaining damage initiation time and its location by using system identification based on CWT. Results show the high ability of proposed procedure, in spite of difficulties arising from input effect, modal interference and choosing reference point effectiveness on modal shapes. By using analysis of the procedure results, the history of physical changes occurred in the structure and cracking initiation time from investigating time-frequency window of the structure response and exact location of crack from comparing the intact and damaged crest and central cantilever vibration modes are made possible.