شناسایی سیستم سازه ای مخزن فلزی هوایی ذخیره آب با استفاده از آزمایش ارتعاش محیطی و اعتبارسنجی مدل عددی

مقاله حاضر به بررسی امکان استفاده از آزمایش‌های ارتعاش محیطی برای شناسایی سیستم‌های سازهای مخازن هوایی آب می‌پردازد. این مخازن برای ذخیره و بهره‌برداری از آب چه در شرایط عادی و چه شرایط بحرانی در بسیاری از نقاط کشور مورد استفاده قرار می‌گیرند. باتوجه به حجم آب ذخیره شده توسط این مخازن که در فاصله از سطح زمین نگهداری می‌شود مشخصات دینامیکی و عملکرد لرزهای این سازه‌ها از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. برای رسیدن به این هدف، مخزن هوایی آب مستقر در محوطه دانشگاه تربیت مدرس برای انجام آزمایش‌های ارتعاش محیطی انتخاب گردید. این مخزن با استفاده از حسگر سرعت سنج حساس لرزهای (میکروترومر) ابزاربندی شده و سیگنال سرعت محیطی آن در مدت زمان 30 دقیقه در سه راستای متعامد ثبت گردید. مقدار دامنه سرعت جانبی ثبت شده برای تانکر آب تا 30 میلی‌متر بر ثانیه می‌رسد. با استفاده از الگوریتم جستار قله (برداشت پیک) مقدار فرکانس اول مخزن 1/9 هرتز تعیین شد. هرچند به علت عدم تقارن کامل سازه و همچنین جهت‌گیری سنسور، فرکانس‌های شناسایی شده در دو راستای متعامد تا 5 %با هم اختلاف دارند. سپس با توجه به داده‌های موجود اقدام به مدل‌سازی عددی مخزن هوایی آب در نرم‌افزار sap2000 با استفاده از تحلیل ماتریسی و اعتبارسنجی عددی آن گردید. در مدل‌سازی اولیه مقدار فرکانس‌های طبیعی تعیین شده از نرم‌افزار در تطابق مناسبی با فرکانس‌های شناسایی شده از آزمایش‌های میدانی می‌باشند که نشان از اعتبارسنجی مدل‌سازی مخزن در نرم‌افزار دارد.

Structural system identification of elevated steel water tank using ambient vibration test and validation of numerical model

The present research aims to investigate the feasibility of using ambient vibration tests for system identification of elevated water tank. To this end, the elevated water tank located in Tarbiat Modares University (TMU) campus is utilized. The tank is instrumented with a sensitive velocimeter sensor and the ambient velocity of the tank is recorded for 30 minutes in three perpendicular axes. The amplitude of the velocity signal reaches to about 30 mm/s. Using the peak picking method, the fundamental frequency of the tank is determined about 1.9 Hz. Although, considering the nonperfect symmetry of the tank and the misaligned orientation of the sensor, the obtained values in two lateral directions differ 5%. Then, the numerical model of the tank is prepared in software and calibrated. In the primary modeling, the values of natural frequencies of the tank are in good agreement with the results of the ambient vibration data. It shows the calibration of the numerical model which can be used in the assessment of the seismic behavior of the elevated water tank.