11-4-4) ساختارهای RC هوشمند مبتنی بر داده

اخیراً محیط‌های هوشمند از جمله زیرساخت‌های هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا و تکنیک‌های تحلیل هوشمند داده‌ها با هدف حل مشکلات اجتماعی از سوی جوامع علمی و صنایع مورد توجه قرار گرفته‌اند. اما تاکنون تمرکز اصلی در مورد زیرساخت‌های هوشمند بر پاسخ‌های ساختاری ناشی از بار است. دوام سازه های بتنی نه تنها تحت تأثیر بارگذاری است، بلکه تحت تأثیر خوردگی فولاد آرماتور است که در اثر نفوذ مواد مهاجم به منافذ بتن ایجاد می شود. سیستم مانیتورینگ مبتنی بر اینترنت اشیا که در بالا پیشنهاد شد، یک گام به سوی تحقق ارزیابی دوام مبتنی بر داده سازه‌های بتنی است. با پیشرفت فناوری سنجش، در دسترس بودن حسگرهای کوچک، پایدار و ارزان قیمت برای نظارت بر دوام سازه‌های بتنی ممکن است در چند سال آینده افزایش یابد. این حسگرها را می‌توان در ساختارهای RC جدید و موجود برای نظارت بر عوامل ایجادکننده خوردگی، حتی در مکان‌هایی که انجام بازرسی معمولی چالش برانگیز است، مستقر کرد. داده های نظارت شده با استفاده از فناوری های ارتباط بی سیم مناسب به کاربر راه دور منتقل می شود. داده های جمع آوری شده با استفاده از تکنیک های تحلیل هوشمند داده ها به منظور ارزیابی مستقل وضعیت سازه ها از راه دور مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهند گرفت. از این رو، پیاده‌سازی سیستم مبتنی بر اینترنت اشیا و روش‌های تجزیه و تحلیل داده‌های پیشرفته، جزء اصلی در بازرسی، ارزیابی و مدیریت ساختارهای RC آینده را تشکیل می‌دهد. در نهایت، تحقق ساختارهای RC هوشمند مبتنی بر داده. معماری مفهومی ساختار RC هوشمند مبتنی بر داده پیش بینی شده در شکل ذيل نشان داده شده است. انواع مختلفی از حسگرهایی که در سازه مستقر شده اند به طور مداوم پارامترهایی را که باعث یا تسریع خوردگی میله تقویت کننده و/یا سایر مکانیسم های زوال می شوند اندازه گیری می کنند. اندازه گیری چنین پارامترهایی به طور مداوم با استفاده از حسگرها، داده های قابل اعتمادتری را در مقایسه با انجام آزمایش نمونه دوره ای ارائه می دهد. این رویکرد همچنین با در نظر گرفتن هزینه نیروی کار، هزینه کاربران و ایمنی آنها منجر به صرفه جویی در هزینه در دراز مدت می شود. داده های اندازه گیری شده از طریق دروازه ها به فضای ذخیره سازی ابری ارسال می شود. ارزیابی وضعیت واقعی سازه ها را می توان به طور مستقل با استفاده از تجزیه و تحلیل داده های پیچیده بر روی داده های ذخیره شده در ابر انجام داد و نتایج را به مدیران تسهیلات، صاحبان زیرساخت و سایر سهامداران ارائه کرد. دسترسی به داده‌های کوتاه‌مدت و بلندمدت با وضوح مکانی و زمانی از سیستم نظارت، یک ضرورت اساسی اساسی برای ارزیابی دوام کارآمد سازه‌های RC و تشخیص زوال در مراحل اولیه است. این امر ذینفعان را قادر می سازد تا اقدامات تعمیر و نگهداری مبتنی بر شرایط را به موقع انجام دهند، که به نوبه خود هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

شکل 11-4-1) معماری ساختار RC هوشمند مبتنی بر داده

در معماری پیشنهادی، داده‌های چندین پارامتر را می‌توان با سایر طرف‌ها، مانند دانشمندان داده، دانشمندان مواد و محققان بتن به اشتراک گذاشت. با استفاده از داده ها، آنها می توانند به درک علمی بهتر در مورد خوردگی پیچیده، مکانیسم های دیگر و ترکیبی زوال کمک کنند. با استفاده از رویکرد مرسوم، اندازه‌گیری تأثیر مکانیسم‌های تخریب ترکیبی در آزمایشگاه و ترجمه نتایج به یک ساختار واقعی غیرعملی است. به طور سنتی، ارزیابی دوام مربوط به خوردگی با ارزیابی نفوذ یون های کربناته و کلرید به طور جداگانه انجام می شود. در واقع، این دو مکانیسم زوال همراه با سایر مکانیسم‌ها به طور همزمان بر عملکرد بتن تأثیر می‌گذارند. اثر سینرژیک سریعتر و شدیدتر از اثر تک عمل آنها است. ساختار RC هوشمند مبتنی بر داده پیشنهادی توانایی یادگیری اثر هم افزایی کاهش درجه را خواهد داشت، مکانیسم‌های داده‌سازی با استفاده از داده‌های بلندمدت جمع‌آوری‌شده و تحلیل هوشمند داده‌ها، امکان کشف دانش جدید را فراهم می‌کند. دانش کشف شده به دانشمندان و متخصصان کمک می کند تا راه حل های بهینه ای را ابداع کنند که دوام سازه بتنی را بهبود بخشد و همچنین برنامه تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را ایجاد کند. چارچوب مفهومی برای نظارت و ارزیابی دوام در حین خدمت مستقل و ارزیابی ساختارهای RC در این کار فرموله شده است. نتایج ارزیابی دوام مرسوم به دلیل محدودیت‌های موجود در مدل‌های تجربی استفاده‌شده، غیرقابل اعتماد هستند. همچنین شامل آزمایش‌های آزمایشگاهی نمونه‌هایی است که به صورت مخرب از سازه‌ها گرفته شده‌اند، که زمان‌بر، کار فشرده و پرهزینه است. چارچوب مفهومی پیشنهادی با بهره‌برداری از اینترنت اشیا و پیشرفت در تکنیک‌های تحلیل داده‌های هوشمند، با محدودیت‌های روش‌های مرسوم مقابله می‌کند. از طریق استقرار سیستم اینترنت اشیا در ساختار، نظارت مستمر و جمع‌آوری بلندمدت داده‌ها می‌تواند تضمین شود. با بکارگیری تکنیک تحلیل هوشمند داده‌ها بر روی داده‌های جمع‌آوری‌شده، می‌توان تعامل غیرخطی پیچیده پارامترهای کنترل خوردگی را به دست آورد که منجر به ارزیابی قابل اعتماد و کشف دانش جدید می‌شود. این امر فرمول بندی به موقع اقدامات مناسب برای افزایش عمر مفید سازه را تسهیل می کند. همه اینها منجر به مدیریت مقرون به صرفه ساختارهای RC می شود. علاوه بر این، دانش کشف شده به دانشمندان مواد کمک می کند تا مخلوط بتن مقاوم در برابر زوال را ابداع کنند.