بررسی شناسایی آسیب پل خرپایی راه آهن

پیش‌بینی یا تشخیص دقیق آسیب‌های سازه‌ای یک انتظار رایج برای سیستم‌های نظارت بر سلامت سازه پل است. این قابلیت دارای ارزش بسیار زیادی است زیرا به بهره برداری، نگهداری و ارزیابی عمر سازه کمک می کند. پل‌های خرپایی راه‌آهن با سرعت بالا بارها و بارها تحت بارهای دینامیکی بالا از قطارها قرار می‌گیرند که به طور بالقوه می‌تواند باعث آسیب ساختاری قابل توجهی شود. اگر چنین آسیبی به موقع تشخیص داده نشود و به موقع رسیدگی نشود، عواقب آن می تواند شدید باشد. بنابراین شناسایی و پایش آسیب های سازه ای در پل های خرپایی راه آهن سریع السیر کاری قابل توجه و مهم است.

مطالعات قبلی شاخص های آسیب مختلفی را برای شناسایی آسیب پل پیشنهاد کرده اند که می توان آنها را به دو شاخص پویا و استاتیک تقسیم کرد. شاخص‌های آسیب دینامیکی شامل فرکانس‌های طبیعی [1]، [2]، حالت‌های جابجایی [3]، حالت‌های انحنا [4] و انرژی کرنش معین عنصر [5] است که در ارائه اطلاعات کلی ساختاری خوب هستند اما توانایی محدودی برای مکان‌یابی دارند. موقعیت آسیب شاخص های آسیب استاتیکی شامل جابجایی (مانند انحراف تیر) [6]، انحنا/ چرخش [7] و کرنش [8] است که اغلب از طریق آزمایش های بارگذاری استاتیکی به دست می آیند که معمولاً ناخوشایند و گران تر از روش های نظارت هستند. دان و همکاران [9] یک شاخص استاتیک برای یک سیستم نظارت بر سلامت ساختاری بر اساس مفهوم پایداری آماری پیشنهاد کرد. که از تابع مشخصه خط تأثیر کرنش ناشی از وسیله نقلیه برای توصیف ویژگی های استاتیک ساختار پل استفاده می کند. این رویکرد بر کاستی‌های آزمایش استاتیک سنتی غلبه می‌کند و پتانسیل استخراج اطلاعات از پایش داده‌های بزرگ را به حداکثر می‌رساند و آن را به یک شاخص ارزشمند برای برنامه‌های نظارت بر سلامت ساختاری تبدیل می‌کند. با تکیه بر این پایه، هدف این مقاله ارزیابی اثربخشی شاخص‌های استاتیکی حالت پایدار آماری در تشخیص آسیب به پل‌های خرپایی فولادی راه‌آهن پرسرعت است. علاوه بر این، در یک مطالعه جدیدتر، وانگ و همکاران. سناریوی کاربردی همان مفهوم پایداری آماری را با معرفی یک شاخص نظارتی جدید به نام تابع مشخصه کرنش آماری پایدار به پل‌های خرپایی راه‌آهن پرسرعت گسترش داد [10].

در سال‌های اخیر، با توسعه اقتصاد دیجیتال و فناوری محاسبات ابری، امکان توسعه سیستم‌های دوقلو دیجیتال اختصاصی متناسب با ساختارهای پل واقعی فراهم شده است. بر اساس داده‌های بزرگ نظارتی، مدل دوقلوی دیجیتال پل سفارشی‌سازی شده برای اهداف نظارتی خاص می‌تواند تجزیه و تحلیل آنلاین خودکار را تکمیل کند، بنابراین درک هوشمندانه آنلاین در زمان واقعی از عملکرد و وضعیت ساختار پل را درک می‌کند. به طور خاص، برای پل‌های خرپایی راه‌آهن پرسرعت، به دلیل ساختارها و بارهای پیچیده‌شان، یک مدل دوقلو دیجیتال مبتنی بر یک مدل معادل ساده‌شده به بهبود تحلیل بلادرنگ سیستم دوقلو دیجیتال کمک می‌کند. در اوایل 1944 و 1975، لی روشی را برای برخورد با اعضای وب به عنوان یک پیوستار برای حل مشکل محاسبه دستی دقیق تیرهای خرپایی چند تایی هیپراستاتیک مرتبه بالا، با استفاده از اصل انحراف برابر در دهانه میانی به عنوان اصل معادل، پیشنهاد کرد [11]. [12]. در سال 1985، داو و همکاران. [13] یک مدل معادل پیوسته برای ساختارهای تکراری (به عنوان مثال، یک خرپا) بر اساس روش معادل انرژی کرنش برای خواص سختی ساخت. سیکیرسکی [14] روش معادل تک تیر را برای پل های خرپایی راه آهن با تکیه گاه ساده با عرشه های کامپوزیت فولادی و بتنی، با استفاده از یک مدل تک تیر که به طور یکنواخت در طول دهانه توزیع شده برای شبیه سازی ویژگی های دینامیکی پل اصلی بررسی کرد. یو و همکاران [15] اعضای خرپا را به عنوان اعضای جدار نازک باز در نظر گرفت. و پارامترهای مؤثر بر سختی پیچشی تیر اصلی پل نیم‌خرپایی را مورد مطالعه قرار داد. بر اساس اصل هم ارزی انرژی، ژو و همکاران. [16] هم ارزی پیوسته تار و وتر پایینی تیر سفت کننده کامپوزیت خرپایی عرشه پل معلق با دهانه بلند را انجام داد. لیو و همکاران هنوز بر اساس روش هم ارزی انرژی هستند. [17] یک مدل معادل از یک خرپا تیر غیرخطی برای نیاز به تحلیل دینامیکی غیرخطی ساخت. این روش‌ها زمینه را برای ساده‌سازی مدل خرپا فراهم کرده‌اند، اما ماهیت آن‌ها عمومی است، به این معنی که طرح‌های ساده‌سازی آن‌ها برای هیچ‌یک از وظایف خاص، مانند شناسایی آسیب، طراحی نشده‌اند، و همچنین با سناریوهای پایش بلادرنگ درازمدت طراحی نشده‌اند. ذهن، که ممکن است آنها را برای سناریوهای کاربردی خاص، کمتر از حد مطلوب نشان دهد.

در زمینه مقاومت در برابر باد پل، بازتولید دقیق ساختار تیرهای خرپایی پل معلق در آزمایشات تونل باد دشوار است. برای حل این مشکل و کاهش هزینه محاسباتی شبیه‌سازی‌های عددی، محققان چندین مدل معادل مانند Hu et al. [18]، که از یک مدل اسکلت تیر پشته ای برای شبیه سازی سفتی تیر سفت کننده خرپایی استفاده کردند و ژو و همکاران. [19]، که یک مدل تیر اویلر مقطع مساوی را برای تیر سفت کننده خرپایی بر اساس رابطه بین خصوصیات دینامیکی و سختی مقطع ایجاد کرد و نتایج به‌دست‌آمده با این مدل را با نتایج به‌دست‌آمده با روش استاتیک کنسول سنتی مقایسه کرد. این روش ها در درجه اول بر روی خواص دینامیکی سازه ها تحت بارهای باد تمرکز می کنند. با این حال،

بیشتر روش‌های معادل توسعه‌یافته در سال‌های اخیر عمدتاً حول دو جنبه اصلی می‌چرخند: یکی به ویژگی‌های دینامیکی سازه‌ها بستگی دارد، در حالی که دیگری مبتنی بر مفهوم هم ارزی انرژی است. با این حال، این مقاله تمرکز را به ویژگی‌های استاتیک سازه تغییر می‌دهد، و همزمان با هدف دور زدن پیچیدگی محاسباتی گسترده، در نتیجه توسعه یک روش معادل‌سازی مدل جدید را که به‌طور خاص برای شناسایی آسیب در سیستم‌های دوقلو دیجیتال طراحی شده است، تشویق می‌کند. ویژگی کلیدی رویکرد ما کالیبراسیون دقیق آن برای متعادل کردن وفاداری شبیه‌سازی و کارایی محاسباتی است که آن را به ویژه در سناریوهای نظارت بلادرنگ قابل استفاده می‌کند.

این مطالعه با استفاده از تحقیقات قبلی نویسندگان که یک تابع مشخصه کرنش حالت پایدار آماری را برای پل‌های خرپایی راه‌آهن پرسرعت معرفی کرد [10]، یک شاخص آسیب جدید را که برای عملکرد استاتیکی ساختاری و ویژگی‌های بار با استفاده از داده‌های پایش کرنش طراحی شده است، توسعه می‌دهد. علاوه بر این، یک چارچوب خودکار برای ثبت دینامیک آسیب در محیط های نظارت ایجاد شده است. کارایی شاخص و چارچوب پیشنهادی از طریق نتایج شبیه‌سازی با استفاده از مدل‌های دوقلوی دیجیتال المان محدود تحت سناریوهای آسیب مختلف تأیید می‌شود.