شناسايي اطلاعات مودال پل بتني پيش تنيده با استفاده از تجزيه مود متغير

Modal Data Identification of the Prestressed Concrete Bridge Using Variational Mode Decomposition

در اين تحقيق، الگوريتم تجزيه مود متغير براي شناسايي مشخصات مودال سازه با استفاده از تجزيه پاسخ‌هاي شتاب ثبت شده توسط سنسورها به كار برده شده است. اين الگوريتم برتري‌هايي نسبت به ساير روش‌هاي تجزيه سيگنال دارد كه در برابر نويز و فركانس نمونه‌برداري مقاوم است. همچنين، الگوريتم تجزيه مود متغير فركانس‌هاي اصلي سازه را به طور همزمان استخراج مي‌كند. علاوه بر اين، نسبت‌هاي ميرايي سازه با برازش دادن يك تابع خطي بر نمودار لگاريتمي پاسخ مودال در لحظه افت دامنه و محاسبه شيب اين خط تخمين زده مي‌شوند. كارايي و دقت اين الگوريتم با تجزيه پاسخ‌هاي شتاب به دست آمده از سنسورهاي نصب شده بر روي يك پل بتني پيش­تنيده كه تحت بار خودروهاي عبوري قرار دارد، بررسي شد. براي پردازش سيگنال و تخمين فركانس‌هاي اصلي، نسبت‌هاي ميرايي و شكل مودهاي ارتعاشي پل از الگوريتم تجزيه مود متغير در نرم‌افزار متلب و به منظور صحت‌سنجي نتايج از نرم‌افزار آرتميس استفاده شد. علاوه بر اين، مدل‌سازي اجزا محدود و تحليل مودال پل در نرم‌افزار آباكوس انجام شد و فركانس‌هاي اصلي و شكل مودهاي ارتعاشي پل به دست آمدند. بررسي نتايج نشان داد، شكل مودهاي ارتعاشي كه توسط الگوريتم تجزيه مود متغير تخمين زده شدند، با مدل اجزا محدود و نرم‌افزار آرتميس انطباق خوبي دارند. همچنين، نسبت‌هاي ميرايي تخمين زده شده توسط اين الگوريتم نزديك به مقدار ميرايي پل‌هاي بتني پيش­تنيده به دست آمدند. اختلاف بين فركانس‌هاي محاسبه شده توسط الگوريتم تجزيه مود متغير و نرم‌افزار آرتميس در حدود 1 درصد و اختلاف آن با فركانس‌هاي مدل اجزا محدود نزديك به 5 درصد مي‌باشند.

In this study, the variational mode decomposition (VMD) algorithm was used to identify the modal characteristics of the structure using the decomposition of the acceleration responses recorded by the sensors. This algorithm has advantages over other signal decomposition methods that is resistant to the noise and sampling frequency. Also, the VMD algorithm extracts the natural frequencies of the structure concurrently. In addition, the damping ratios of the structure were estimated by fitting a linear function to the logarithmic diagram of the modal response in the decaying amplitude and calculating the slope of this line. The efficiency and accuracy of this algorithm were investigated by decomposing the acceleration responses obtained from the sensors installed on a prestressed concrete bridge (PSCB) that is located under the load of passing vehicles. The VMD algorithm was used for signal processing in MATLAB to estimate the natural frequencies, damping ratios and mode shapes of the bridge and ARTeMIS was utilized to verify the results. In addition, the finite element modeling and modal analysis of the bridge were performed in ABAQUS and the natural frequencies and mode shapes of the bridge were obtained. The results showed that the mode shapes estimated by the VMD algorithm were in good agreement with the finite element model and ARTeMIS. Also, the damping ratios estimated by this algorithm were obtained close to the damping value of the prestressed concrete bridge. The difference between the frequencies calculated by the VMD algorithm and ARTeMIS was about 1%, and the difference with the finite element model frequencies was close to 5%.