دانشگاه آزاد اسلامی

واحد زاهدان

دانشکده تحصیلات تکمیلی، گروه عمران

پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد. «MS.C»

رشته مهندسی عمران، گرایش مهندسی سازه

عنوان:

تشخیص آسیب ناشی از زلزله در تیرهای بتنی با بهره گیری از تبدیل هیلبرت

استاد راهنما:

دکتر  فردین رئوفی

استاد مشاور:

دکتر  کامبیز نرماشیری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب
عنوان            صفحه
چکیده 1
فصل اول: کلیات… 2
1-1 مقدمه. 3
1-2 کلیات پژوهش.. 3
1-3 اختصار ای بر پایش سلامتی سازه 3
1-4 کلمات کلیدی به کار برده شده در این پروژه 4
1-4-1 آسیب… 4
1-4-2کنترل سلامت سازه 5
1-4-3 آسیب خطی و غیر خطی.. 5
1-4-4 شیوه های تشخیص آسیب (محلی و جامع) 5
1-5 اظهار مسئله. 6
1- 6 ضرورت پژوهش.. 6
1-7 هدف و علت انتخاب پژوهش.. 7
1-7-1 ایجاد سیستم پایش سلامت سازه 7
1-7-2 ارائه مدلی جدید با جامعیت بیشتر از مدل های قبلی.. 7
1-8 سوال پژوهش.. 7
1-9 چهارچوب نظری پژوهش.. 7
1-10 فرضیه های پژوهش.. 8
1-11 روش پژوهش.. 8
1-12محدودیت های پژوهش.. 8
1-13 فصل بندی پایان نامه. 9
فصل دوم: پردازش سیگنال و پایش سلامت سازه. 10
2-1 مقدمه. 11
2-2 پردازش سیگنال.. 11
2-2-1 امواج در طبیعت… 11
2-3 سیستم های خطی و غیرخطی.. 14
2-4 علم پردازش سیگنال.. 17
2-5 نمونه برداری.. 18
2-6 سیستم های خطی نامتغیر با زمان.. 19
2-7 شناسایی سیستم سازه ای.. 19
2-8 پایش سلامت سازه 20
2-9 فرآیند سنجش سلامت سازه 21
2-9-1 ارزیابی های اجرایی.. 21
2-9-2 بدست آوردن اطلاعات… 22
2-10 ضرورت کنترل سلامت سازه 23
2-11 راهکارتشخیص الگو به روش آماری.. 23
2-11-1 ارزیابی عملیاتی.. 24
2-11-2 جمع آوری، نرمالیزاسیون و خالص سازی داده 24
2-11-3 متراکم سازی داده و استخراج ویژگی ها 24
فصل سوم: مطالعه منابع و پیشینه پژوهش… 26
3-1 مقدمه. 27
3-2 تحقیقات صورت گرفته. 27
فصل چهارم: روش های رایج در پردازش سیگنال.. 31
4-1 مقدمه. 32
4-2 مقایسه روش های رایج در پردازش سیگنال.. 32
4-2-1 انواع آسیب… 33
4-2-2 انواع شیوه های تشخیص آسیب… 33
4-3 روش های تشخیص آسیب… 33
4-3-1 تغییر در پارامترهای مدال.. 34
4-3-2 تغییر در فرکانس های طبیعی.. 34
4-3-3 تغییر در اشکال مدی.. 34
4-3-4 روش های بروز رسانی مدل.. 35
4-3-5 روش های بر پایه شبکه های عصبی.. 35
4-3-6 روش های تشخیص الگو. 36
4-3-7 روش فیلتر کالمان.. 36
4-3-8 روش آماری.. 36
4-4 روش تحلیل سیگنال.. 37
4-4-1 تبدیل زمان کوتاه فوریه. 37
4-4-2 توزیع ویگنر- ویل.. 40
4-4-3 تبدیل هیلبرت – هوانگ… 42
4-4-4 تبدیل موجک… 45
4-4-5 خصوصیات ویولت… 52
فصل پنجم: تحلیل، بحث و نتایج.. 53
5-1 مقدمه. 54
5-2 تبدیل هیلبرت-هوآنگ… 54
5-3 تجزیه تجربی مودی.. 54
5-3-1 گام اول.. 55
5-3-2 گام دوم. 55
5-3-3 گام سوم. 55
5-3-4 گام چهارم. 60
5-3-5 گام پنجم.. 60
5-3-6 گام ششم.. 60
5-4 تحلیل طیفی هیلبرت… 66
5-5 نتایج مدلسازی.. 70
5-5-1 قاب یک دهانه-یک طبقه. 70
5-5-2- پاسخ شتاب مطلق قاب یک طبقه – یک دهانه: 72
5-5-3- توابع مودی ذاتی.. 74
5-5-4 مقایسه پارامترهای حاصل از تبدیل هیلبرت… 78
5-5-4-1 مطالعه نمودارهای زمان- دامنه- فرکانس…. 78
5-5-4-2 فاز 81
5-5-4-3 طیف حاشیه ای هیلبرت… 82
5-5-4-4 فرکانس میانگین آنی.. 83
5-5-5 نرم شدگی نهایی.. 85
5-5-6 نرم شدگی حداکثر. 86
5-5-7 قاب دو دهانه-یک طبقه. 87
5-5-8- پاسخ شتاب مطلق قاب یک طبقه – دو دهانه: 88
5-5-9 توابع مودی ذاتی.. 89
5-5-10 مقایسه پارامترهای حاصل از تبدیل هیلبرت… 94
5-5-10-1 مطالعه نمودارهای زمان-دامنه-فرکانس…. 94
5-5-10-2 فاز 97
5-5-10-3 طیف حاشیه ای هیلبرت… 98
5-5-10-4 فرکانس میانگین آنی.. 99
5-5-11 نرم شدگی نهایی.. 100
5-5-12 نرم شدگی حداکثر. 101
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات… 102
6-1 مقدمه. 103
6-2 جمع بندی و نتیجه گیری.. 103
6-3 پیشنهادات برای تحقیقات آتی.. 104
منابع و مراجع.. 105
چکیده
انواع سازه های موجود از قبیل ساختمانها، پلها، سدها، تونلها و غیره، در طول زمان بهره برداری خود به دلیل انواع پدیده ها که با آنها مواجه میشوند، در معرض آسیب دیدگی قرار میگیرند. آسیبهای به وجود آمده در سازه ها ممکن می باشد با شدت متفاوت و در نقاط مختلف در آن اتفاق بیفتد. این امر میتواند بهره برداری از سازه را مختل سازد و باعث خسارات بیشتری در آینده گردد. پس تعیین محل و مقدار آسیب موجود در سازه و اقدام به موقع در جهت ترمیم آسیب دیدگی های موجود، امری ضروری به نظر میرسد. در این رساله مروری بر تبدیل هیلبرت هوانگ بعنوان روشی نو پا در تحلیل سیگنال­های نامانا و غیرخطی و همچنین بهره گیری از آن در تشخیص آسیب های وارد بر قابها صورت گرفته می باشد.  در آغاز به معرفی تبدیل هیلبرت هوانگ به عنوان یک ابزار قدرتمند در پردازش سیگنال­های نامانا،تصریح شده می باشد. این تبدیل از دو قسمت تجزیه تجربی مودی و تحلیل طیفی تشکیل شده می باشد همچنین مزایای این روش نسبت به دیگر روش­های پردازش سیگنال اظهار شده می باشد و در ادامه یک قاب یک دهانه و دو دهانه بتنی تحت شتاب نگاشت زلزله طبس و با بهره گیری از روش تاریخچه زمانی در برنامهSAP مدلسازی گردیده وجهت دو سازه سالم و آسیب دیده پاسخ­های شتاب از نرم­افزار اخذ و وارد نرم­افزار MATLAB شده می باشد. این نرم­افزار این سیگنال پاسخ را به توابع مودی ذاتی تجزیه نموده و با اعمال تبدیل هیلبرت بر این توابع مودی، فرکانس­ها را جهت هر کدام از توابع مودی ذاتی بدست آورده وسپس از مجموعه این فرکانس­ها،فرکانس میانگین آنی راجهت هر دو سازه محاسبه می­گردد که با مقایسه نمودار فرکانس آنی دو سازه سالم و آسیب دیده نظاره می­گردد سازه آسیب دیده در زمان پیک دامنه زلزله طبس با کاهش فرکانس مواجه گردیده می باشد وهمچنین فاز سازه آسیب دیده نسبت به سازه سالم با کاهش مواجه بوده می باشد. همچنین با بهره گیری از این کاهش فرکانس شدت آسیب به سازه  و مقدار تقریبی کاهش سختی آن نیز تخمین زده شده می باشد.
کلمات کلیدی: تجزیه تجربی مودی، تبدیل هیلبرت-هوانگ، شناسایی سیستم، تشخیص آسیب، فرکانس میانگین.

 1-1 مقدمه
شناسایی سیستم­های سازه­ای یکی از موضوعات پویا در محدوده­ی مهندسی زلزله می باشد [1]. روش­های شناسایی سازه به گونه مشخص از تئوری در دو زمینه­ پردازش سیگنال و دینامیک سازه بهره می­گیرند که در این بین سیگنال تأثیر مهمی را اعمال می­کند [1]. پس در پژوهش پیش­رو کوشش داریم تا با بهره گیری از تبدیل هیلبرت در قیاس با دیگر تبدیلات ریاضی مانند فوریه به مطالعه و پژوهش درمورد­ی تعیین خسارت در تیرهای بتنی بپردازیم.
1-2 کلیات پژوهش
در آزمایشات مبتنی بر ارتعاش، فرض بر این می باشد که اختلال در یک سیستم سازه­ای باعث ایجاد تغییرات درسیگنال­های ارتعاشی اندازه­گیری شده خواهد گردید. پس کمیت­های فیزیکی مرتبط و حساس به خواص سازه­ای مورد نظر برای اهداف کنترل بایستی انتخاب گردد [1].اَنجام آزمایش­های لرزه­ای بر روی سازه­ها مطمئن­ترین راه برای تعیین خواص دینامیکی آنهامی­باشد. این آزمایشات در سال­های اخیر در کشورهای پیشرفته به عنوان روشی قابل قبول برای شناخت خواص سازه­ها به دَفعات مورد بهره گیری قرار گرفته می باشد ودر ایران نیز نمونه­هایی از این آزمایشات انجام گرفته می باشد.تبدیلِ هیلبرت به عنوان روشی نوظهور در پردازش سیگنال نامانا و غیرخطی توسعه داده شده می باشد [2].
اخیراً با گسترش این روش، روش­های شناسایی سازه­ای نیز براساس آن پیشنهاد شده می باشد [1]. تبدیل هیلبرت از دوبخش تجزیه تجربی مُودی و تحلیل طیفی هیلبرت تشکیل شده می باشد.برای اِرتقاء عملکرد تبدیل هیلبرت تاکنون تحقیقات زیادی صورت پذیرفته امّا بیشتر تمرکز این تحقیقات بر روی قسمت تجزیه مودی بوده [3و4] و برروی قسمت تحلیل طیفی هیلبرت کار نسبتاً کمتری انجام شده می باشد[5]. پاسخی که برای بهره گیری از روش مورد نظر این پروژه می باشد،مقادیرجنبشی قابل اندازه­گیری در تست ارتعاشی، داده های شتاب می باشد.
1-3 اختصار ­ای بر پایش سلامتی سازه
پایش سلامتی سازه­ها در دهه­های اخیر به دلیل افزایش نیاز به پایش دایم سازه­های بزرگ به زمینه تحقیقاتی مناسب تبدیل شده می باشد.شناسـایی آسیب در یک سازه از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. زیرا کشف زود هنگام آسیب می­تواند از خرابی فاجعه­بار سازه جلوگیری کند. شناسایی آسیب بدون نیاز به تخریب سازه با بهره گیری از پاسخ­های فرکانسی توجه علاقمندان زیادی را در دهه­ی اخیر به خود جلب کرده می باشد.
تغییر در مشخصات فیزیکی سازه­ها مثل سختی ،جرم و میرایی به علت آسیب، پاسخ­های فرکانسی سازه را تغییر می­دهد. اصل اساسی بیشتر روش­های شناسایی آسیب این می باشد که آسیب موجود در سازه­ها، خواص سختی، جرم و خواص استهلاک انرژی سیستم را که با بهره گیری از پاسخ دینامیکی اندازه­گیری شده سیستم بدست می­آید، تغییر خواهد داد.
این شناسایی می­تواند برای درنظرگرفتن اقدامات احتیاطی انجام گردد تا در صوررت لزوم برای کار تعمیر و نگهداری سازه برنامه­ریزی کنیم. بطور سنتی برای شناسایی آسیب در سازه­های عمرانی از بازرسی­های چشمی بهره گیری می­کنند.
تشخیص آسیب در سازه­های بزرگ به روش بصری محیطی امری هزینه­بَر و غیر مؤثر به حساب می­آید. پس به این دلیل روشی که بتواند به صورت مؤثر رخداد آسیب را شناسایی و محل آن را معلوم کند مورد نیاز می باشد.پس، روش­های غیرمستقیمی که بتوانند به گونه مداوم سازه را پیش از آنکه به وضعیت بحرانی برسد برای تشخیص معضلات آن بازرسی کنند، ضرورت دارند.پایش سلامتی سازه،پاسخ سازه را تحت انواع بارگذاری کنترل شده و کنترل نشده تحلیل می­کند.
1-4 کلمات کلیدی به کار برده شده در این پروژه
این فصل با تعریف اصطلاحات به کار رفته در این پروژه ادامه می­یابد.
1-4-1 آسیب
آسیب می­تواند به عنوان تغییرات وارد شده به یک سیستم که در عملکرد حال وآینده سیستم تأثیر منفی می­گذارد، تعریف گردد. معنی ضمنی این تعریف این می باشد که آسیب در مقایسه بین دو حالت سیستم که یکی از آنها حالت اولیه­ی سیستم، که اغلب حالت آسیب ندیده می باشد وحالت دوم که حالت آسیب دیده سیستم می باشد، تعریف می­گردد.
این پژوهش، روی مطالعه­ی شناسایی آسیب در سیستم­های سازه­ای تاکید دارد. پس تعریف آسیب محدود خواهد گردید به تغییرات خواص مصالح وخواص هندسی سیستم که در عملکرد حال و آینده آن تأثیر منفی دارد. به عنوان مثال،وقتی یک تَرک در یک سازه ایجاد می­گردد، درهندسه سازه تغییر ایجاد می­کند که این باعث تغییر سختی سیستم می­گردد. بسته به اندازه و بار اعمالی به سیستم اثرات مضر این ترک ممکن می باشد فوری باشد یا اینکه ممکن می باشد مقداری طول بکشد تا کارکرد سیستم را تَغییر دهد. آسیب می­تواند از وقایع مورد انتظار مانند خوردگی ایجاد گردد یا اینکه از وقایع فوق­العاده و غیرمنتظره مثل موج، توفان و زلزله ایجاد گردد.
1-4-2کنترل سلامت سازه
فرآیند سنجش سلامت سازه تحت عنوان کنترل سلامت سازه نامگذاری شده می باشد. در انجام کنترل کوشش می­کنیم تا ورودی­ها و پاسخ­های سازه را اندازه­گیری کنیم.هدف از آن، این می باشد که از پاسخ­ها و ورودی­ها طی یک آنالیـزمـعکوس برای استخراج مشخصه­های سازه و ردیابی تغییرات آنها و در نتیجه تشخیص شروع آسیب و خرابی در شرایط سازه­ای بهره گیری کنیم. سپس از مُدلسازی عددی سازه و تحلیل مجدد آن با در نظر داشتن شرایط موجود، برای ارزیابی کارایی سازه بهره گیری می­گردد تا در صورت لزوم نسبت به مقاوم­سازی آن اقدام گردد.
در حقیقت و به سخن دیگر، فرآیندSHM [1] یک سیستم سازه­ای عبارت می باشد از: زیر نظر گرفتن سیستم با اسـتفاده از اندازه­گیری پاسخ­های دینامیکی از طریق حس­گرها، و همچنین استخراج مُشخصه­های حساس به آسیب سازه با بهره گیری از نتایج اندازه­گیری­ها، و آنالیزتَحلیلی این مشخصه­ها برای معین کردن وضعیت کنونی سلامت سیستم؛ هر چند به صورت کلی این امر تحلیل پیچیده­ای نیاز دارد[6].
1-4-3 آسیب خطی و غیر خطی
آسیب را می­توان به دو دسته خطی و غیرخطی تقسیم نمود.اگر سازه­ای پس از وقوع آسیب به صورت خطی رفتار کند آسیب را خطی واگر سازه بصورت خطی رفتار نکند آسیب را غیرخطی می­نامیم.بطور مثال ترک ناشی از خستگی در شفت دوار که تحت بارگذاری دایم قرار دارد نمونه­ای از تَرک غیرخطی می باشد.در بسیاری از روش­های تشخیص آسیب نوع آسیب از نوع خطی فرض می­گردد.
1-4-4 شیوه­های تشخیص آسیب (محلی و جامع)
روش­های تشخیص کنونی آسیب را می­توان به دو نوع محلی وجامع تقسیم نمود.در روش­های تشخیص آسیب محلی، مکان تقریبی آسیب شناسایی شده و سازه را به صورت محلی تحلیل می­کند. ناحیه­ی آسیب دیده جهت تشخیص مؤثر بایستی در دسترس باشد.روش­های بهره گیری از اَمواج صوتی همانند این هستند.
تعداد صفحه : 124
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد: تحلیل ترک به شیوه‌ جزء‌های محدود

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران