مطالعه آزمایشگاهی تشخیص آسیب در پل خرپایی تحت بار متحرک با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و تبدیل موجک تجربی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه سازه و زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

2 عضو هیئت علمی

چکیده

عوامل بسیاری می‌تواند در طول زمان بهره‌برداری از سازه‌ها منجر به ایجاد آسیب‌های موضعی شود که این آسیب‌ها در پاسخ‌های ارتعاشی آن‌ها نمود پیدا می‌کنند. با هدف تشخیص وجود و تعیین موقعیت مکانی آسیب با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و تبدیل موجک تجربی تحت بار متحرک، یک پل خرپایی در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شد. پس از اندازه‌گیری پاسخ‌های ارتعاشی پل، 17 ویژگی حوزه زمانی از سیگنال‌های خام استخراج شدند و برای تشخیص وجود آسیب مورد استفاده قرار گرفتند. این ویژگی‌های حساس به آسیب به عنوان ورودی به شبکه عصبی ارائه گردید و وضعیت سلامت پل (سالم یا آسیب دیده) به عنوان تارگت‌های آن در نظر گرفته شدند. برای مکان‌یابی آسیب نیز پنج ویژگی غیرپارامتریک شامل آنتروپی‌های شانون و تی‌سالیس، جذر مجموع مربعات، فاکتور شکل و کشیدگی، به همراه ویژگی انرژی، از سیگنال‌های پردازش‌شده پل به کمک تبدیل موجک تجربی، استخراج شدند و مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان‌دهنده آن بود که روش پیشنهادی به طور موثری قادر به تشخیص وجود و مکان آسیب در پل تحت بار متحرک می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study on damage detection of a truss bridge under moving load using artificial neural network and empirical wavelet transform

نویسندگان [English]

  • Siavash Shahmohammadi 1
  • Mussa Mahmoudi 2
1 M.Sc, Department of Civil Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
2 Faculty member
چکیده [English]

Civil structures are always considered one of the most valuable properties of each country. Many factors can lead to local damages in different parts of structures during their operational life. These damages are reflected in the vibration responses of structures. This research aims to detect the existence and determine the location of damage in a truss bridge under moving load using an artificial neural network and experimental wavelet transform. For this purpose, a two-dimensional truss bridge was built in the laboratory to investigate this research's objectives. Earlier experimental studies in damage detection were subjected to excitations such as impact loads and electrodynamic shakers. Since the appearance of damage effects in the vibration responses of the structure mainly depends on the applied location of the impact load, a moving load that crosses the entire length of the bridge can be used as input excitation to detect the presence and location of damages for which there is no available data. After measuring the vibration responses of the bridge, 17 time-domain features were extracted from the raw signals, which were used to detect the presence of damage. Although feature extraction is applied to raw signals, signal processing stage was not eliminated for damage localization. By processing the response signals of healthy and damaged state of the bridge using experimental wavelet transform, these signals were decomposed into different modes and 5 non-parametric damage-sensitive features such as Shannon and Tsallis entropies, Root Mean Square (RMS), Shape Factor and kurtosis which are all based on statistical parameters in addition to energy, were extracted. Finally, these damage-sensitive features were presented as input to the neural network whereas the state of the bridge (healthy or damaged) was considered as its targets. The obtained results showed that the proposed method is able to effectively detect the presence and the location of the damage in the truss bridge.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Structural health monitoring
  • Damage Detection
  • ANN
  • Empirical Wavelet Transform
  • Moving Load