امکان اندازه‌گیری هوشمند تنش سازه‌های بتنی در کشور محقق شد

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو به نقل از مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، تغییر کاربری ساختمان‌ها موضوعی مهم است. ساختمان‌ها بر اساس کاربری آن‌ها طراحی می‌شوند. حال اگر این کاربری تغییر کند مثلا ساختمان مسکونی به اداری تبدیل شود معادلات به هم می‌ریزد. مثلا نیروی وزن وارد شده به ستون‌ها افزایش می‌یابد و امکان تخریب ساختمان وجود دارد.

محققان در دانشگاه حکیم سبزواری با پشتیبانی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری موفق به طراحی و ساخت نوعی حسگر شدند که نیروی وارد شده به ستون‌های ساختمان را بر حسب ولتاژ نشان می‌دهد.

مجتبی لزگی نظرگاه مجری طرح پژوهشی «طراحی و ساخت حسگر کامپوزیتی سیمان-پیزوالکتریک برای اندازه‌گیری تنش در سازه‌های بتنی» گفت: این حسگر ترکیبی از کامپوزیت و سیمان است که داخل آن پیزو الکتریک (ماده‌ای که با فشار باعث ایجاد اختلاف ولتاژ و در نهایت تولید برق می‌شود) قرار دارد. این حسگر نشان می‌دهد فشار وارد شده به ساختمان به چه میزان است؛ بنابراین با راهکار‌هایی باید نسبت به تقویت ساختمان با تغییر کاربری آن اقدام کرد.

بر اساس این گزارش، سازه‌های عمرانی همواره در معرض نیرو‌های دینامیکی مانند وزش شدید باد، زمین لرزه و نیز ارتعاشات ناشی از ماشین آلات و تاسیسات مکانیکی قرار دارند. اعمال نیرو‌های دینامیکی به برخی از این سازه‌ها از جمله ساختمان‌های با ارتفاع زیاد و نیز پل‌های با دهانه‌های بزرگ، سبب ایجاد لرزش‌های شدید و تغییر شکل‌های بزرگ در آن‌ها می‌شود.

ارتعاشات شدید و تغییر شکل‌های بزرگ در چنین سازه‌هایی علاوه بر به مخاطره انداختن ایمنی و پایداری کلی سازه­، سبب پریشانی خاطر استفاده‌کنندگان نیز می‌شود. حل این مسأله، باعث ارائه ایده­ سازه­ هوشمند شامل مونیتورینگ و کنترل فعال ارتعاشات و تغییرشکل‌های سازه شد. حسگر وسیله­ای است که زمانیکه در معرض شرایط محیطی مانند دما، نیرو و جابجایی قرار می‌گیرد، یک سیگنال خروجی الکتریکی، مکانیکی و مغناطیسی متناسب با آن از خود نشان می‌دهد.

توانایی­ سازه‌های هوشمند در حس کردن ‍، واکنش نشان دادن و حداقل کردن اثرات اغتشاشات وارده بر خود منجر به استفاده­ وسیع از آن‌ها در بسیاری از شاخه‌های مهندسی مانند هوافضا، عمران، الکترونیک، روباتیک و بیومکانیک شده است. مواد هوشمند به دلیل توانایی واکنش به تحریکات محیطی به طور وسیعی به عنوان حسگر و محرک به کار می‌روند. از جمله این مواد می‌توان به مواد پیزوالکتریک، آلیاژ‌های حافظه­ دار (SMA) و فیبر‌های نوری اشاره کرد.

مواد پیزوالکتریک قابلیت تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و همچنین تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را دارا دارند. از دیگر ویژگی‌های این مواد که سبب استفاده­ وسیع از آن‌ها در سازه‌های هوشمند شده است، می‌توان به سبکی و فشردگی، سهولت استفاده و انعطاف پذیری در محیط‌های مختلف اشاره کرد. علیرغم ویژگی‌های منحصر بفرد مواد پیزوالکتریک، تاکنون از آن‌ها برای اندازه‌گیری تنش در سازه‌های بتنی استفاده نشده است. یکی از اهداف این تحقیق، پر نمودن این خلا بود.