پایش سلامت سازه ها (Structural Health Monitoring) یکی از مهمترین فعالیت های مهندسی عمران است که شامل اندازه گیری، ثبت، تجزیه و تحلیل و ارزیابی پارامترهایی است که بر رفتار و عملکرد سازه ها در طول زمان تأثیر می گذارد. پایش سلامت سازه (SHM) برای ارزیابی وضعیت فعلی و پیش بینی عملکرد آینده سازه انجام می شود. پایش سلامت سازه ها می تواند به طور مستمر یا مقطعی با استفاده از روش های مخرب یا غیرمخرب و با استفاده از داده های آزمایش های میدانی یا آزمایشگاهی انجام شود. هدف از نظارت بر سلامت سازه ها اتخاذ تصمیمات مناسب برای حفظ و بهبود عملکرد، ایمنی، طول عمر و پایداری سازه ها می باشد. این عملیات با استفاده از روش های مختلفی مانند تست غیر مخرب، روش های تشخیص خطا، روش های تجزیه و تحلیل داده ها و روش های تصمیم گیری چند معیاره انجام می گردد.
پایش سلامت سازه چیست؟
پایش سلامت سازه (SHM) فرآیندی است که در آن تکنیک‌های تشخیص و طبقه‌بندی آسیب به سازه‌های حیاتی مانند پل‌ها، توربین‌های بادی و تونل‌ها اعمال می‌شود. این یک روش ارزیابی سازه ای غیر مخرب در محل است که از انواع مختلفی از حسگرها استفاده می کند که به سازه تعبیه شده یا متصل می شوند. فرآیند پایش سلامت سازه شامل نصب حسگرها، جمع آوری داده ها، انتقال داده ها و عیب یابی برای نظارت بر ایمنی، استحکام، یکپارچگی و عملکرد سازه است. در صورت تشخیص اضافه بار یا خطای دیگر، اقدام اصلاحی مناسب پیشنهاد می شود. از آنجایی که انجام روش‌های ارزیابی غیرمخرب بر روی تمامی عناصر سازه زمان‌بر و هزینه بر بوده و اغلب متکی بر توقف عملیات سازه است، روش‌های پایش سلامت بر مبنای اطلاعات لرزه‌ای سازه توسعه داده شده‌اند روش های آزمایش غیر مخرب به عنوان روش های مکمل پایش سلامت استفاده می شود. با استفاده از پایش سلامت سازه می توان حاشیه اطمینان و پاسخ سازه را در شرایط مختلف به دست آورد و با پیش بینی پاسخ سازه، ایمنی و دوام آن را در طول عمر مفید آن تضمین کرد.
اهمیت پایش سلامت سازه
خرابی سازه در واقع به معنای تغییر در مشخصات فیزیکی و هندسی سیستم و یا تغییر در شرایط مرزی و اتصالات سازه است. این تغییرات معمولاً بر عملکرد سازه تأثیر می گذارد. پایش سلامت سازه توانایی شناسایی علل تغییرات در رفتار ساختاری را از نظر تغییر در خصوصیات درونی یا تغییر در عوامل خارجی فراهم می کند. پایش سلامت سازه هم برای سازه های سالم با طول عمر کوتاه و هم برای سازه هایی که در اثر بلایایی مانند زلزله آسیب دیده اند استفاده می شود. فرایند پایش سلامت سازه در سازهای نوساخته از طریق ارزیابی دوره ای یا مستمر انجام می شود. در این فرآیند از طریق ارزیابی دینامیکی، با نصب حسگرها، پاسخ سازه به محرک های موجود و اعمال شده ثبت می شود. پس از پردازش داده های به دست آمده در طول نظارت بر سلامت سازه SHM، ویژگی های شکل سازه و ویژگی های حساس به آسیب تعیین و به روز می شوند. از قابلیت بررسی سلامت سازه می توان به بررسی سریع وضعیت سازه آسیب دیده، امکان تامین اطلاعات کلی در مورد آنها در زمان کوتاه، تعیین شدت آسیب و همچنین تعیین محل وقوع و مکان اشاره کرد.
اهداف پایش سلامت سازه‌ها
- شناسایی وضعیت فعلی سازه و تغییرات نسبت به دوره طراحی و بهره برداری
- تشخیص و پایش آسیب های احتمالی در سازه و عوامل تاثیرگذار بر آن
- پیش بینی رفتار آینده سازه و طول عمر باقیمانده آن
- تعیین نوع، وسعت و زمان فعالیت های تعمیر و نگهداری
- کاهش هزینه های نگهداری و بهبود راندمان سازه
به عبارت ساده تر، انتظار می رود که با شناسایی و پایش علائم آسیب، تغییر شکل، ترک خوردگی، رانش، نشست و … در سازه ها، اقدامات لازم برای جلوگیری از حوادث، کاهش هزینه های نگهداری، افزایش عمر مفید و … انجام شود. این فعالیت به مهندسان عمران و مدیران کمک می کند تا وضعیت فعلی سازه را شناسایی کرده و تصمیمات مناسبی برای بهبود، تعمیر، تقویت یا حذف سازه اتخاذ کنند.
مزایای پایش سلامت سازه ای در چیست؟
- امکان نظارت و پایش مستمر وضعیت سازه
- شناسایی آسیب های سازه ای در مراحل اولیه
- کاهش هزینه های ترمیم و مقاومت سازی سازه
- درک دقیق تری از عملکرد سازه در برابر بار وارده بر آن
- کاهش زمان و هزینه مورد نیاز برای بازرسی اجزای سازه
- افزایش عمر مفید سرویس دهی سازه
- و…
مراحل بررسی سلامت سازه
فرآیند نظارت و کنترل سلامت سازه در یک سازه را می توان به شش مرحله کلی زیر تقسیم کرد:
- مطالعه تاریخچه سازه
- بررسی اولیه
- طراحی بسته آزمایشی
- نصب و جمع آوری اطلاعات دستگاه ها و حسگرها
- پردازش داده و استخراج ساختار و توابع اطلاعاتی
- به روز رسانی مدل و اجرای فرآیند تشخیص خطا
در پروژه های پایش و سلامت سازه در زمان کالیبره کردن مدل و نظارت بر سلامت ساختمان، عوامل تاثیرگذار بر خصوصیات مودال مثل عوامل محیطی و شرایط بارگذاری باید مد نظر قرار گرفته شوند.
نحوه اجرای پایش سلامت سازه‌ها
برای اجرای پایش ساختاریافته س، ابتدا لازم است هدف و دامنه نظارت مشخص شود و پارامترهای قابل اندازه گیری شناسایی شوند. سپس روش مناسب اندازه گیری و ثبت داده ها را انتخاب کرده و دستگاه ها و سنسورهای لازم را نصب و تنظیم می کنید. در مرحله بعد باید داده های جمع آوری شده را با استفاده از روش های آماری و آنالیز سیگنال مورد تجزیه و تحلیل و مقایسه قرار دهید و شاخص های سلامت سازه را محاسبه کنید. در نهایت باید نتایج تحلیل ها را با استانداردها و مقادیر مقایسه کنید و در صورت لزوم اقدامات لازم را برای حفظ یا ارتقای سلامت سازه انجام دهید. بررسی وضعیت سازه ها یک فعالیت حساس و حرفه ای است که نیاز به دانش فنی و تجربه دارد. برای اجرای عملیات پایش سلامت سازه‌ها، باید از خدمات شرکت های تخصصی و معتبر در این زمینه استفاده کرد. در هر صورت، نظارت بر سلامت سازه یک سرمایه گذاری ارزشمند برای حفظ و افزایش ارزش سازه شما است.
نرم‌افزارهای طراحی و محاسبه مقاوم‌سازی سازه: ابزارهای حیاتی برای مهندسان سازه
سخن پایانی
سازه‌هایی مانند ساختمان‌ها، پل‌ها، نیروگاه‌ها، خطوط آب، خطوط نفت و گاز، تونل‌ها، تأسیسات صنعتی و غیره در معرض عوامل مخرب مختلفی هستند که می‌توانند باعث آسیب یا اختلال در عملکرد آنها شوند. فرسودگی قطعات، ساخت و ساز نامناسب به دلیل عدم نگهداری مناسب و حوادث طبیعی مانند طوفان یا زلزله می تواند باعث این آسیب و نقص شود. برای اطلاع از وضعیت عملیاتی سازه ها یا تاسیسات در طول چرخه حیات آنها و حتی پس از وقوع بلایای طبیعی، داشتن یک سیستم موثر تشخیص آسیب بسیار مهم و ضروری است. خدمات “نظارت سلامت سازه” ما با استفاده از دستگاه های اندازه گیری داده های مدرن و به روز و نرم افزارهای پیشرفته، شما را قادر می سازد تا رفتار سازه های خود را کنترل کرده و در زمان کوتاه و با دقت بالا، ناهنجاری ها را تشخیص دهید. تجربه ما به شما این تضمین را می دهد که سازه ای ایمن و قابل اعتماد داشته باشید.
