ارزیابی کمی آسیب در بتن و پل ها

آسیب‌پذیری پل‌ های ساخته‌شده از بتن آرمه در مدت طولانی، یکی از نگرانی‌های عمده مهندسین عمران است. از آنجایی که نیاز به شناسایی و بازیابی وضعیت سازه‌های پل وجود دارد، تکنیک‌های نوآورانه آزمایش غیرمخرب (NDT) در خط مقدم قرار گرفته‌اند. از میان بسیاری از فناوری‌های موجود، نظارت بر آکوستیک امیشن (AE) محبوب‌ترین روش غیرمخرب مورد استفاده در پل‌های بزرگراهی می‌باشد. پیامدهای افزایش ارقام ساختارهای‌فرسوده باعث می‌شود تا مهندسان به اصلاح روش‌های بازرسی که طی سال‌ها دنبال شده‌اند توجه کنند. تکنیک‌های غیر مخربی که به طور گسترده در صنایع هوافضا و مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای پل‌ها، اگرچه بازرسی‌های موفقیت‌آمیز زیادی با استفاده از این تکنیک انجام شده‌است، هیچ استاندارد مشخصی وجود ندارد که روش دقیق و سایر الزامات مورد نیاز برای انجام تست آکوستیک امیشن را مشخص کند. پل ها را عمدتاً از فولاد، سپس بتن، چوب و اخیراً مواد پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) می‌سارند. مشخص شده‌است که این مواد به دلیل مکانیسم های آسیب مرتبط با مواد مختلف که به دلیل شرایط بارگذاری موجود در پل‌ها ایجاد می‌شوند، انرژی را به شکل امواج الاستیک ساطع می‌کنند. این امواج توسط سنسورهای متصل به سطح ماده دریافت می‌شوند. ارزیابی بیشتر ناپیوستگی‌های شناسایی‌شده تصویری کلی از وضعیت پل ارائه می‌دهد و کمک می‌کند تا تعمیر و نگهداری در اولویت قرار بگیرد.

پایش آکوستیک امیشن

یکی از اولین نظارت‌های موفق پل، در سال 1972 با تلاش مشترک شرکت آکوستیک فیزیکی (PAC) همراه با آزمایش دانگان بر روی پل دامبارتون بر روی خلیج سانفرانسیسکو (pacndt.com) انجام شد. هدف نظارت بر کابل های بالابر اصلی پل بود. از آن زمان، تعداد زیادی بازرسی از چندین پل دیگر با استفاده از همین تکنیک توسط PAC و شرکت های دیگر مانند TISEC، Vallen و غیره انجام شد.

آکوستیک امیشن به زبان ساده به عنوان یک موج الاستیک گذرا تولید‌شده به عنوان نتیجه یک تغییر شکل ماده تعریف می‌شود. این موج تنش به دلیل انرژی آزاد‌شده در طی فرآیند تغییر شکل در جامدات منتشر می‌شود. مقدار انرژی صوتی آزاد‌شده در درجه اول به اندازه و سرعت فرآیند تغییر شکل موضعی بستگی دارد. از میان بسیاری از تکنیک‌های غیر مخرب موجود، آکوستیک امیشن پرکاربردترین روش برای سازه‌های بزرگراه است. اگرچه این تکنیک برای چندین دهه برای تشخیص آسیب در سایر زمینه‌ها با موفقیت استفاده‌شده، اما هنوز از پتانسیل آن در نظارت بر پل به طور کامل استفاده نشده‌است. تست آکوستیک امیشن یک ابزار تست غیرمخرب قدرتمند برای بررسی رفتار تغییر شکل مواد تحت تنش است.

کاربرد تحلیل کمی آکوستیک امیشن برای پل ها

در بررسی انجام‌شده در سال 1997 مشاهده شد آزمایش آکوستیک امیشن پرکاربردترین روش آزمایش غیرمخرب مورد استفاده برای پل‌ها است. بیانیه‌ای که به وضوح بر نیاز به درک، پیاده سازی و بهبود تکنیک برای کاربرد گسترده تأکید می کند. معمولاً اطلاعات آکوستیک امیشن فقط در سطح کیفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که باید با استفاده از روش‌های دیگر NDT اندازه گیری شود. با تکنیک های موجود کمی سیگنال آکوستیک امیشن، می‌توان بر این اشکال تکنیک غلبه کرد.

 در بتن متوجه می‌شویم که ترک خوردن و لغزش بین بتن و آرماتور فولادی، منابع اولیه انتشار آکوستیک هستند. آکوستیک امیشن رشد ترک را در اعضای پل کششی بحرانی شکستگی تشخیص می‌دهد و فعالیت ترک را نظارت می‌کند. قرار دادن تجهیزات جمع‌آوری داده‌ها در نزدیکی یا زیر پل امکان‌پذیر است و امکان جمع‌آوری داده‌ها از سازه‌هایی را فراهم می‌کند که اغلب با هر بار عبوری، بارگذاری نزدیک به حداکثر سطح خود را تجربه می‌کنند.

گلاسکی و همکاران با استفاده از رویکرد تحلیل شدت در تعیین کمیت آسیب (2002) نتایج خود را از آزمایش یک پل بتنی پیش‌تنیده جدید گزارش کردند. شکل 1 نمودار شدت پل آزمایش شده را نشان می‌دهد، که در آن همه کانال ها سیگنال های جمع آوری شده‌ای را تولید می‌کنند که در منطقه امن A قرار می‌گیرند. آنها از نمودارهای شدت استفاده کرده‌بودند که برای مواد کامپوزیتی توسط CARP (کمیته انتشار صوتی از پلاستیک های تقویت‌شده) تهیه شده‌بود و از آزمایشات آزمایشگاهی و میدانی به این نتیجه رسیدند که این نمودار برای بتن نیز کافی است.

روند آزمایش

برای پایش آکوستیک امیشن، 28 سنسور با استفاده از موم به سطح زیرین یک پل متصل شدند. همانطور که در شکل 1 مشخص است، آنها بر روی محور طولی پل با فاصله 1.4 متر قرار گرفتند. به طور خاص، سنسورهای حساس آکوستیک امیشن به سازه های بتنی، R6 از PAC، استفاده شدند. این حسگرها به طور اسمی حداکثر حساسیت را در فرکانس 60 کیلوهرتز نشان می‌دهند و به طور گسترده برای نظارت بر بتن استفاده می‌شوند. سیگنال‌های آکوستیک امیشن شناسایی‌شده با 40 دسی‌بل از پیش تقویت شدند و توسط دو سیستم جمع‌آوری داده‌های همگام، یعنی یک 16DiSP کانالی و یک 12Mistras  کانالی PAC بدست آمدند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده‌است، کرنش سنج ها نیز در سه مکان در سطح بالایی پل قرار داده‌شدند.

فعالیت انتشار آکوستیک

تفسیر فعالیت آکوستیک امیشن شناسایی‌شده همیشه آسان نیست. به همین دلیل است که شاخص های مختلفی به منظور کمی سازی خسارت پیشنهاد و اعمال، شده‌است. همانطور که قبلا گفته‌شد، هنگامی که یک ماده یا ساختار تحت فشار قرار می‌گیرد، آکوستیک امیشن تولید می‌شود. علاوه بر این، رفتار در هنگام تخلیه نیز بسیار مهم است. در صورتی که ماده سالم باشد (یا بار اعمال‌شده کم باشد)، فعالیت آکوستیک امیشن در حین تخلیه با شدت کم است. برای مواد آسیب دیده، انتشار حتی در هنگام تخلیه نیز ادامه دارد. تعداد ضربه‌های آکوستیک امیشن در حین تخلیه تقسیم بر تعداد ضربه‌ها در کل چرخه به عنوان نسبت آرام تعریف می‌شود و مقادیر نزدیک به صفر وضعیت مواد سالم را نشان می‌دهند.

نتایج پایش آکوستیک امیشن

بار برای نظارت آکوستیک امیشن توسط یک وسیله نقلیه جرثقیل 20 تنی اعمال شد که سه بار با سرعت ثابت تقریباً 0.5 متر بر ثانیه از روی پل عبور کرد. (در شکل 2 مشاهده می‌شود). همانطور که جرثقیل از روی پل حرکت می‌کرد، زمینه‌های کرنش و تنش تغییر کرد. کرنش فشاری اندازه‌گیری‌شده روی سطح بالایی پل در دهانه‌ میانی را می‌توان در شکل 3 مشاهده‌کرد. حداکثر کرنش در 88 ثانیه ثبت شد، زمانی که وسیله نقلیه در وسط دهانه قرار داشت، که نشان‌دهنده بالاترین تنش کششی در لایه زیرین سازه است، تعداد تجمعی ضربات آکوستیک امیشن ثبت‌شده توسط تمام سنسورها برای یک گذر نشان داده‌شده‌است. می‌توان مشاهده‌کرد که سرعت برخورد آکوستیک امیشن قبل از رسیدن جرثقیل به مرکز پل در 88 ثانیه شدیدتر بود. تا آن لحظه، بیش از 70 درصد از کل تعداد بازدیدها ثبت شده‌بود، که نشان می‌دهد منابع فعال بیشتری در نیمه اول پل قرار داشتند.

این پتانسیل آزمایش آکوستیک امیشن را به عنوان یک نظارت جهانی برای بررسی حجم های بزرگ با استفاده از تعداد محدودی سنسور نشان می دهد. حتی اگر شاخص‌ها یا پارامترهای آکوستیک امیشن را نتوان مستقیماً با میزان آسیب مرتبط کرد، آنها نشان می‌دهند که کدام بخش از ساختار به بررسی‌های بیشتر و دقیق‌تر نیاز دارد.

 

 

دانلود مقاله پایش آکوستیک امیشن و ارزیابی کمی آسیب در بتن و پل ها