ارائه روش المان محدود توسعه یافته برای مدل‌سازی پیوسته تغییرشکل سازه‌ها مطالعه موردی: سد خاکی کرخه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه ژئودزی و مهندسی نقشه برداری، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

چکیده

در این مقاله یک روش جدید کارآمد برای مدلسازی تغییرشکل سازهها بر اساس روش المان محدود روی رویه سازه با درنظر گرفتن شرط پیوستگی تغییرشکل بین المانها ارائه میشود. به عبارت دیگر روش المان محدود توسعه یافته مطرح شده با بکارگیری شرطهای پیوستگی بین المانی به حل عددی معادلات دیفرانسیل مدل تغییرشکل میپردازد. همچنین این روش امکان ادغام دادههای کنترلی سازه حاصل از سنسورهای مختلف ابزار دقیق ژئوتکنیکی و ژئودتیکی که بصورت تکراری اما غیرهمزمان جمعآوری شدهاند را به عنوان مقادیر مرزی در یک چارچوب مرجع لخت میسر میسازد. همچنین وزن نسبی مناسب برای مشاهدات سنسورهای مختلف برآورد میشود.کاربرد عملی این روش مدلسازی، مطالعه تغییرات نشست رویه یک سد خاکی بر اساس ادغام مشاهدات ترازیابی ژئودتیکی و مشاهدات نشستسنج ژئوتکنیکی و با استفاده از روش المان محدود همراه با اعمال شرط پیوستگی بین المانی میباشد. با توجه به RMSاختلافات بین نشستهای مشاهده شده و پیش ً بینی شده از طریق مدل بر روی نقاط کنترل که تقریبا برابر با یک میلیمتر بوده و همچنین بهبود 89درصدی در صحت و 73درصد در دقت مدل، میتوان نتیجه گرفت که مدلسازی به روش ارائه شده در این مقاله بر اساس سنسورهای چندگانه موفقیت بیشتری نسبت به مدلسازی بر اساس اطلاعات یک سنسور و همچنین ادغام اطلاعات سنسورهای چندگانه بدون اعمال شرط پیوستگی بین المانی داشته است .

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Presentation of an Extended Surface Finite Element Method to Model the Deformation of Structures Continually; Case Study: Karkhe Earth Dam

نویسنده [English]

  • M. Jafari
Department of Geodesy and Surveying Engineering, Tafresh University, Tafresh, Iran
چکیده [English]

A deformation modeling method for structures based on a new adaptive methodology by implementation of inter-element continuity constraints is presented in this paper. Estimating the proper relative weight of each sensor observation.  Developing an extended surface fnite element method (ESFEM), the differential equations of deformation with inter-element continuity constraints are solved.Furthermore, this method provides the possibility of fusion of non-synchronized repetitious geotechnical and geodetic observations as the boundary data to model the deformation with respect to an inertial reference frame. Also the proper weight of multi-sensor’s observations would be estimated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Deformation Modeling of Structure
  • Multi-Sensor Data Fusion
  • Extended Surface Finite Element
  • Inter-Element Continuity Constrains
[1] O. Dascal, Postconstruction deformations of rockfll dams. Journal of the Geotechnical Engineering DivisionASCE 113(1) (1987) 46-59.
[2] J. Lovse, W. Teskey, G. Lachapelle, M. Cannon, Dynamic Deformation Monitoring of Tall Structure Using GPS Technology, Journal of Surveying Engineering, 121(1) (1995) 35–40.
[3] S. G. M. T. Radulescu, A. T. G. Radulescu, Kinematic Surveying a New Conceptfor Monitoringthe Stabilityof Mining Construction, in: Proceeding of 11th International Multidisciplinary Scientifc GeoConference SGEM2011, 2 (2011) 279-286.
[4] W. Teskey, D. Bayly, I. Colquhoun I, Measurement of Deformations in Buried Pipeline, Journal of Surveying Engineering, 118(1) (1992) 1–10.
[5] W. M. Welsch, some aspects of the analysis of geodetic strain observations in kinematic models, Tectonophysic, 130 (1986) 437-458.
[6] T. Bayrak, M. Yalçιnkaya, Kinematic Analysis Programfor Deformation Monitoring, in: Proceeding of 11th FIG Symposium on Deformation Measurements, Santorini, Greece, 2003.
[7] F. Lu, S. Wang, J. Li, X. Yan, Application of Kalman flter method based movement model in the dam deformation forecast, in: Proceeding of Asia-Pacifc Power and Energy Engineering Conference, APPEEC, 5448961, Chengdu, China, 2010.
[8] C. Maosen, Q. Pizhong, R. Qingwen, Improved hybrid wavelet neural network methodology for time-varying behavior prediction of engineering structures, Neural Computing and Applications,18(2009) 821–832, DOI 10.1007/s00521-009-0240-8.
[9] W. Kamiński, DiSTFAG method robust to gross errors in monitoring displacements and strains in unstable reference systems, Geodesy and Cartography, 60(1) (2011) 21-33.
[10] W. Dai, B. Liu, X. Meng, D. Huang, Spatio-temporal modelling of dam deformation using independent component analysis, Survey Review, 46(339) (2014) 437-443.
[11] E. Gökalp, L. Taşçi, Deformation monitoring by gps at embankment dams and deformation analysis. Survey Review, 41(311) (2009) 86-102.
[12] C. Holst,M. Burghof,H. Kuhlmann, Modelling the Beam Deflection of a Gantry Crane under Load, Journal of Surveying Engineering, 140(1) (2014) 52–59.
[13] F. Perner,P. Obernhuber, Analysis of arch dam deformations, Frontiers of Architecture and Civil Engineering in China, 4(1) (2010) 102-108.
[14] C. H. Loh, C.H. Chen, T. Y. Hsu, Application of advanced statistical methods for extracting long-termtrends in static monitoring data from an arch dam, Structural Health Monitoring, 10(6) (2011) 587-601.
[15] T. Bayrak, Modelling the relationship between water level and vertical displacements on the Yamula Dam, Turkey. Natural Hazards and Earth System Sciences, 7(2) (2007) 289-297.
[16] M. N. Kulkarni, N. Radhakrishnan, D. Rai, Global positioning system in disaster monitoring of Koyna dam, Western Maharashtra, Survey Review 38 (2006) 629- 636.
[17] S. I. Pytharouli, S. C. Stiros, Ladon dam (Greece) deformation and reservoir level fluctuations, evidence for a causative relationship from the spectral analysis of a geodetic monitoring record, Engineering Structures, 27(3) (2005) 361-370.
[18] E. Bilotta, L. Pagano, S. Sica, Effect of ground-motion asynchronism on Equivalent acceleration of earth-dams, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30 (2010) 561-579.
[19] R. L. Piao, A. H. Rippe, B. Myers, K. W. Lane, Earthdam liquefaction and deformation analysis using numerical modelling, in: Proceedings of GeoCongress, 2006, pp. 1-6, DOI: 10.1061/40803(187)217.
[20] J. Qi, A. Che, X. Ge, A study on the stability of earthdam subjected to the seismic load. International Journal of Modern Physics B, 22 (2008) 5711-5716.
[21] A. Szostak-Chrzanowski, A. Chrzanowski, M. Massiera, Use of deformation monitoring results in solving geomechanical problems-case studies, Engineering Geology, 79(1-2) (2005) 3-12.
[22] A. Szostak-Chrzanowski, M. Massiéra, A. Chrzanowski, Analysis of deformations of large earth dams. Journal of Applied Geodesy, 1 (2007) 81–89.
[23] S. Gordon, D. Lichti, Modelling Terrestrial Laser Scanner Data for Precise Structural Deformation Measurement, Journal of Surveying Engineering, 133(2) (2007) 72–80.
[24] V. Lyöri, A. Kilpelä, G. Duan, J. Kostamovaara, T. Aho, Monitoring of a bridge-deck using long-gage optical fber sensors with a pulsed TOF measurement technique, in: Proceedings of the 3rd International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management - Bridge Maintenance, Safety, Management, Life-Cycle Performance and Cost, 2006, pp 905-906.
[25] K. M. Mosalam, M. T. Shakhzod, P. Sangjoon, Applications of laser scanning to structures in laboratory tests and feld surveys, Structural Control Health Monitoring, 21(1) (2014) 115-134, DOI:10.1002/ stc.1565.
[26] É. Pinet, C. Hamel, B. Glišić, D. Inaudi, N. Miron, Health monitoring with optical fber sensors: From human body to civil structures. In: Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2007, 653219.
[27] M. Jafari, Dynamical Modelling of Deformation of Structures via Combination of the Geodetic and Geotechnical data, PhD thesis, University of Tehran, 2012, (in Persian).
[28] A. A. Ardalan, M. Jafari, Multi-sensor approach to settlement analysis of earth-dams, Computational Geosciences 16(1) (2012) 123-138. DOI: 10.1007/ s10596-011-9258-y.