مکان‌یابی آسیب در پل در حضور پروفیل سطح جاده با استفاده از اندازه‌گیری ارتعاشات وسیله‌نقلیه عبوری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

مکان‌یابی مستقیم آسیب در پل مستلزم بکارگیری تعداد زیادی حسگر ارتعاشی بر روی سازه است که این امر معمولاً پرهزینه‌ و زمان‌بر می‌باشد. در برهم‌کنش وسیله‌نقلیه –پل، پاسخ ارتعاشی وسیله‌نقلیه عبوری شامل پاسخ ارتعاشی پل نیز می‌باشد که می‌توان از آن برای استخراج پارامترهای مودال پل بهره برد. در این مقاله، به منظور مکان‌یابی غیرمستقیم آسیب در پل از نسبت انتقال‌پذیری پاسخ وسیله‌نقلیه استفاده شده است. با نصب شتاب‌سنج بر روی محور وسیله‌نقلیه، اندازه‌گیری شتاب در حین حرکت صورت می‌گیرد و نیازی به توقف وسیله‌نقلیه روی پل ندارد. در اغلب روش‌ها فرض بر آن است که نیروی تحریک به صورت نویز سفید باشد اما در این روش خصوصیات نیروی تحریک در نظر گرفته نمی‌شود که این مورد از دیگر مزایای روش می‌باشد. از آنجاکه وجود پروفیل سطح جاده باعث می‌شود شناسایی پارامترهای مودال دشوار گردد، در این مقاله از تفاضل سیگنال شتاب از دو محور مشابه برای حذف اثر پروفیل سطح استفاده شده است. در شبیه‌سازی عددی به روش المان محدود، پل با حضور پروفیل سطح و سه وسیله‌نقلیه به صورت سیستم‌های دو درجه آزادی جرم-فنر-دمپر مدل شده‌اند. با حل هم‌زمان مدل پل-وسیله‌نقلیه و سپس حذف اثر پروفیل سطح، شناسایی شکل مود پل میسر می‌گردد. سپس، مساله برهم‌کنش پل-وسیله‌نقلیه با درنظر گرفتن آسیب در پل، مجدداً حل شده و مکان‌یابی آسیب با استفاده از شاخص تغییر انحنای شکل مود مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه‌سازی عددی دلالت بر توانایی روش پیشنهادی در حضور نویز اندازه‌گیری دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Damage localization of bridge in the presence of a road profile using vibration measurement of a passing vehicle

نویسندگان [English]

  • Seyed Maziar Marashi 1
  • Mohammad Hadi Pashaei 2
  • Mohammad Mahdi Khatibi 3
1 PhD Candidate, Department of Mechanical Engineering, Babol Noushirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Associate Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Babol Noushirvani University of Technology, Babol, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

The direct damage localization of bridge involves the use of a large number of sensors on the structure which is often costly and time-consuming. Through the vehicle bridge interaction, the dynamic response of a passing vehicle includes the bridge response which may be used for extracting the modal parameters of the bridge. In this paper, transmissibility measurement of the vehicle response is dedicated to localize the bridge damage indirectly. As the sensor is embedded on the axle of the vehicle, recording the signal is fulfilled during the vehicle passage and there is no need to stop the vehicle. There is white noise assumption in most other techniques, but excitation characteristics are not considered in this method which is another advantage. Since the road profile may cause the modal parameter identification to be difficult, subtracting the acceleration signals from two identical axles is used, here, in order to remove the influence of road profile. In the numerical simulation by finite element method, the bridge model is accompanied by road profile and three vehicles are assumed to be 2DOF systems of mass-spring-damper. By solving the vehicle-bridge interaction equations simultaneously and then removing the effect of road profile, the estimation of the bridge mode shape would be possible. Considering a damage in the bridge, the vehicle-bridge interaction equations are solved once more and the damage localization is fulfilled using the changes in the mode shape curvature. The results of numerical simulations indicate the capability of the proposed method in the presence of the measured noise.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bridge Health Monitoring
  • Damage Localization
  • Transmissibility
  • Mode Shape Curvature
  • Road profile