آزمایش و پایش زنده (Active) و مرده (Dormant) بودن ترک و ارتعاش سازه — روش‌ها، شرح آزمون، مزایا، کاربردها، استانداردها
مقدمه کوتاه
پایش وضعیت ترک (آیا ترک فعال است یا غیرفعال) و اندازه‌گیری ارتعاشات سازه برای ارزیابی ایمنی، دوام و برنامه‌های تعمیر و نگهداری ضروری است. روش‌های بصری ساده تا سیستم‌های مانیتورینگ الکترونیک دقیق وجود دارد که امکان تشخیص رشد ترک، پاسخ دینامیکی و رفتار سازه در میدان را می‌دهند.
روش‌ها و شرح آزمون‌ها
1) بازرسی چشمی و مستندسازی پایه
شرح: نقشه‌برداری ترک‌ها، فازبندی زمانی، عکس‌برداری ماکرو/ماکرو با مقیاس، تعیین طول، عرض و جهت ترک.
هدف: ارائه خط مبنا (baseline) برای مانیتورینگ آینده.
2) نشانگرهای مکانیکی/گرافیکی ساده (Tell‑tales / Crackmeters ساده)
شرح: نصب نشانگرهای مکانیکی (فلزی/پلاستیکی) یا نوارهای مقایسه‌ای ترک (crack comparator) برای تشخیص باز/بسته‌شدن ترک؛ ثبت دوره‌ای با خوانش دستی.
دقت: میلی‌متری تا زیر میلی‌متر بسته به نوع دستگاه.
مزیت: ارزان، نصب سریع، مناسب پروژه‌های کوتاه‌مدت.
3) کرنش‌سنج‌ها و کرنش‌مترهای خطی (Linear Variable Displacement Transducer — LVDT) و Crack‑meters الکترونیکی
شرح: نصب LVDT یا crack‑meter الکترونیکی روی دو طرف ترک؛ تبدیل تغییرات جابجایی/عرض به سیگنال الکتریکی و ثبت با دیتا لاگر.
دقت: حدود 0.001–0.01 mm در سیستم‌های با کیفیت.
کاربرد: پایش مداوم یا دوره‌ای برای تشخیص فعالیت ترک تحت تاثیر بار، دما، رطوبت یا رویدادها.
4) سنسورهای مبتنی بر فیبر نوری (FBG, Distributed Sensing مثل BOTDR/BOTDA)
شرح: چسباندن یا جاسازی فیبرها روی یا درون ترک/سطح؛ اندازه‌گیری کرنش توزیع‌شده و تغییرات دما/جابه‌جایی با رزولوشن بالا و طول‌های بلند.
مزیت: مانیتورینگ پیوسته، مقاوم در برابر الکترومغناطیس، مناسب شرایط محیطی سخت.
کاربرد: پل‌ها، تونل‌ها، سازه‌های بلند و خطوط صنعتی.
5) روش تصویربرداری و تحلیل تصویر (DIC — Digital Image Correlation / Photogrammetry / Time‑lapse)
شرح: نصب دوربین با فریم ثابت و ثبت تصاویر متوالی؛ مقایسه تصاویر با نرم‌افزار DIC برای استخراج توزیع جابه‌جایی و کرنش سطح، تحلیل رشد ترک.
مزیت: غیرتماسی، نقشه‌برداری گسترده سطح، دقت میکرونی با تجهیزات مناسب.
کاربرد: آزمایشگاه‌ها، مانیتورینگ سطحی سازه‌ها و آزمایش‌های بارگذاری.
6) ردیابی تغییرات سطحی با نقشه‌برداری لیزری و اسکنر سه‌بعدی (Terrestrial Laser Scanning / LiDAR)
شرح: اسکن سه‌بعدی سازه دوره‌ای؛ مقایسه ابرنقاط برای تشخیص جابه‌جایی نسبی و باز شدن ترک‌ها.
مزیت: پوشش وسیع، توانایی ثبت تغییرات هندسی کلی.
7) روش‌های غیرمخرب تکمیلی برای تعیین میزان آسیب و رشد ترک
اولتراسونیک (UT) پالس‑اکو/ترنس‌میشن برای تشخیص نفوذ ترک در ضخامت.
GPR برای مسیر ترک و ناپیوستگی‌های داخلی.
تزریق رنگ نفوذی/فلورسنت برای تشخیص مسیر و نفوذپذیری ترک (غیرمداوم، نیمه‌مخرب).
8) مانیتورینگ ارتعاش سازه (Vibration Monitoring)
ابزار: شتاب‌سنج (accelerometers)، ژیروسکوپ، سنسورهای سرعت/کرنومتر، سیستم‌های MEMS.
شرح: نصب شتاب‌سنج‌ها در نقاط بحرانی (پایه‌ها، تکیه‌گاه‌ها، مقاطع حساس)؛ ثبت پاسخ دینامیکی در حالت سرویس و تحلیل فرکانس‌های طبیعی (modal analysis)، دامنه، شتاب RMS، PSD و شاخص‌های آسیب.
تست‌های تکمیلی: آزمون تحریک (ambient vibration, hammer test, modal shaker) برای تعیین فرکانس‌های طبیعی، ضریب میرایی و مودها.
کاربرد: تشخیص تغییرات مدال ناشی از آسیب، ارزیابی اثر بارگذاری متحرک (ترافیک، باد، زلزله)، صحت عملکرد لرزه‌گیرها.
9) تحلیل داده و تصمیم‌گیری
روند زمانی (time‑history) برای عرض و عمق ترک، آستانه هشدار (مثلاً رشد > X mm در Y روز)، تحلیل همبستگی با پارامترهای محیطی (دما/رطوبت/بار).
تحلیل مودال تغییرات فرکانس طبیعی و میرایی برای تشخیص کاهش سختی یا آسیب.
تعریف سطوح هشدار و اقدامات: پایش، بازرسی فوری، تقویت موقت، برق‌زدایی، یا تعمیرات اساسی.
مزایا
تشخیص زودهنگام رشد ترک و خطرات احتمالی پیش از وقوع خرابی بزرگ.
امکان پایش ممتد و مستندسازی تغییرات تحت بار و زمان.
انتخاب روش بهینه بر اساس بودجه، دقت مورد نیاز و دسترسی سایت.
کاهش هزینه‌های بلندمدت با برنامه‌ریزی تعمیرات هدفمند.
کاربردها
پل‌ها، تونل‌ها، سازه‌های صنعتی، ساختمان‌های بلند، دال‌ها، مخازن، پایه‌های تجهیزات دورانی، سازه‌های تاریخی.
پایش بعد از رویدادهای خاص: زلزله، ضربه، نشست بنیاد، انفجار یا بارگذاری غیرمعمول.
پروژه‌های تحقیقاتی، پایش شرایط اسمبلی و کنترل کیفیت در حین ساخت.
استانداردهای بین‌المللی و ملی مرجع
ASTM:
ASTM E1105 (field test for water penetration – مرتبط با نفوذ از ترک)،
ASTM E1049 (vibration testing),
ASTM E1876 (resonant frequency and dynamic modulus),
ASTM E2925 (monitoring structural movement guidelines) — راهنماها و استانداردهای مرتبط با نصب سنسورها و ثبت داده.
ISO:
ISO 4866 (measurement of vibration on structures),
ISO 7626 (mechanical vibration — testing),
ISO 20816 series (vibration measurements on machines) — بسته به نوع سازه/تجهیز.
RILEM و fib: راهنماهای پایش خرابی و تعیین معیارهای ارزیابی ترک.
استانداردهای ملی ایران: معمولاً معادل یا ارجاع به استانداردهای ASTM/ISO در مشخصات پروژه قید می‌شود؛ آزمایشگاه گزارش مرجع استاندارد استفاده‌شده را قید می‌کند.
(مرجع دقیق بسته به نوع آزمون انتخابی و تجهیزات ممکن است متفاوت باشد — مرکز می‌تواند استاندارد مرجع مناسب را براساس هدف شما پیشنهاد کند.)
معیارهای تصمیم‌گیری نمونه‌ای
افزایش عرض ترک بیش از 0.1–0.3 mm طی دوره کوتاه می‌تواند نشانه فعال بودن باشد (باید براساس نوع سازه و الزامات پروژه تعیین شود).
تغییر فرکانس طبیعی بیش از چند درصد نسبت به پایه نشانگر کاهش سختی و احتمال آسیب است.
تغییرات فصلی که با دما/رطوبت سازگارند معمولاً غیرفعال تلقی می‌شوند اما نیاز به پایش دارند.
خدمات قابل ارائه در مرکز آزمایشگاهی پژوهشی بتن و مصالح خواجه‌نصیرالدین طوسی
بازرسی میدانی اولیه، نقشه‌برداری و عکس‌برداری مرجع.
نصب و راه‌اندازی سیستم‌های مانیتورینگ: crack‑meters مکانیکی و الکترونیکی، LVDT، شتاب‌سنج‌های با دقت بالا، سنسورهای مبتنی بر فیبر نوری (FBG/BOTDR)، دوربین‌های DIC و سیستم‌های تصویربرداری زمان‌بندی‌شده.
پایش بلندمدت با دیتا لاگر، انتقال داده بی‌سیم و سیستم هشداردهی.
آزمون‌های تحریک محیطی و مودال (ambient, hammer, shaker) و تحلیل فرکانسی/مودال.
اندازه‌گیری‌های غیرمخرب تکمیلی: UT, GPR, اسکن لیزری، آنالیز رنگ نفوذی.
تحلیل مهندسی داده‌ها: پردازش سیگنال، تشخیص تغییرات، مدل‌سازی رفتار ترک و توصیه‌های اجرایی (آستانه‌ها، برنامه تعمیر، نیاز به تقویت).
ارائه گزارش فنی کامل همراه با نقشه‌ها، نمودارهای زمانی، نتایج آزمایش مودال، تصاویر، استانداردهای مرجع و پیشنهادات فنی.
خدمات مشاوره جهت تعیین طرح پایش بلندمدت، انتخاب سنسورها و آموزش اپراتور سایت.
مزیت‌های همکاری با مرکز
توانایی پیاده‌سازی از روش‌های ساده تا سیستم‌های فیبر نوری و تحلیل مودال پیشرفته.
تجهیزات و تیم متخصص در مهندسی سازه و تحلیل داده‌های دینامیکی و دوام بتن.
گزارش‌های مستند و قابل استناد برای تصمیم‌گیری مهندسی و قراردادها.