Study on Identification of Dynamic Characteristics of Structures by Ambient Vibration Testing: case studies on the Bosporus Suspension Bridge and Two-Typical Building Structures
Creators: name: Κατσικαρίδης, Αθανάσιος Λεωνίδα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Περιβαλλοντικές φορτίσεις
Δυναμικά χαρακτηριστικά κατασκευών
Ambient Vibration Testing
Modal Properties
Natural Excitation

description: Η αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών των κατασκευών αποτελεί ένα ιδιαίτερα χρήσιμο εργαλείο στην διάθεση του Πολιτικού μηχανικού καθώς χαρακτηριστικά όπως οι ιδιομορφές, και οι ιδιοσυχνότητες μπορούν να αξιοποιηθούν για τον αναγνώριση βλαβών στην κατασκευή. Επιπλέον οι ιδιότητες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν προκειμένου να ελεγχθεί η ακρίβεια των αναλυτικών προσομοιωμάτων που χρησιμοποιούνται στο στάδιο του σχεδιασμού των κατασκευών και ,σε περίπτωση που απαιτείται, να γίνει η κατάλληλη αναθεώρηση των μοντέλων. Η αλματώδης τεχνολογική πρόοδος που έχει επιτευχθεί στον τομέα των αισθητήρων και των μετατροπέων του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό, σε συνδυασμό με την ραγδαία ανάπτυξη στις ασύρματες επικοινωνίες για την ενόργανη παρακολούθηση των κατασκευών είχε ως συνέπεια την αύξηση των κατασκευών των οποίων οι αποκρίσεις επιθεωρούνται ενόργανα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται αναγνώριση των δυναμικών παραμέτρων (ιδιομορφές, ιδιοσυχνότητες, ποσοστά απόσβεσης) δυο διαφορετικού τύπου κατασκευών μέσω την επεξεργασίας ταλαντώσεων χαμηλού εύρους που προκαλούνται από περιβαλλοντικά αίτια. Στην πρώτη εφαρμογή, πραγματοποιείται η αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών της κρεμαστής γέφυρας Fatih Sultan Mehmet στην περιοχή της Κωνσταντινούπολης. Στόχος της εφαρμογής αυτής είναι πέρα από την αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών μιας σύνθετης και πολύ εύκαμπτης κατασκευής, η σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν με αυτή την μέθοδο από με τα αποτελέσματα που προκύπτουν από αναλυτικά μοντέλα προσομοίωσης της γέφυρας.(Brownjohn et all, 1992, Apaydin, 2002). Για την δυναμική αναγνώριση χρησιμοποιούνται 2 διαφορετικά λογισμικά: το ARTeMIS Extractor 5.3 και ένα Matlab-based λογισμικό, το οποίο βασίστηκε στο πρόγραμμα KOERI-MIDS που αναπτύχθηκε στο Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute, Istanbul με σκοπό την σε πραγματικό χρόνο αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών των κατασκευών. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων δείχνει ότι το λογισμικό που αναπτύχθηκε μπορεί να αναγνωρίσει με ικανοποιητική ακρίβεια τα δυναμικά χαρακτηριστικά σύνθετων κατασκευών. Τέλος, κατά την εφαρμογή του προγράμματος ARTeMIS προκύπτει αδυναμία να επιτευχθεί η αναγνώριση των χαρακτηριστικών της κατασκευής. Το γεγονός αυτό οφείλεται στις πολύ μικρής διάρκειας καταγραφές που είχε ως συνέπεια ο θόρυβος σε αυτές να μην επιτρέπει την επεξεργασία των καταγραφών από το λογισμικό. Στην δεύτερη εφαρμογή πραγματοποιείται δυναμική αναγνώριση σε δυο τυπικές κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα. Πέρα από την αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών, σκοπός τη εργασίας είναι να μελετηθεί η επιρροή των τοιχοποιιών πλήρωσης και των υπογείων στα δυναμικά χαρακτηριστικά των κατασκευών. Στο ARTeMIS, η ανάλυση έγινε τόσο στο πεδίο των συχνοτήτων ((Frequency Domain Decomposition Peak Picking) όσο και στο πεδίο του χρόνου (Stochastic Subspace Identification). Στο Matlab-based λογισμικό οι ιδιοσυχνότητες υπολογίζονται μέσα από βασικές διαδικασίες επεξεργασίες σημάτων όπως baseline correction, φιλτράρισμα, windowing, μετασχηματισμός Fourier και smoothing. Από την σύγκριση προκύπτει ότι τα αποτελέσματα των λογισμικών βρίσκονται σε καλή σύγκλιση μεταξύ τους.
description: Modal identification of structures is a task of major importance since characteristics such as mode shapes and frequencies can be used in order to detect and locate possible damages in the structures. Furthermore, modal properties can be used in order to support the calibration and the validation of the structural analysis numerical models used at the design stage. The technological developments registered in the fields of sensors and A/D converters together with the development of wireless communication technology for structural monitoring, resulted in the increase of the structures which are being monitored nowdays. In this study Ambient Vibration Testing (AVT) is being performed in two different types of structures. In the first study case, modal identification using ambient vibration recordings is being performed in two typical buildings in Istanbul, Turkey. Apart from performing the AVT, the effects that infill walls and basements have in the modal properties of the buildings are being evaluated. The modal analysis is being performed with two different software: ARTeMIS Extractor 5.3 and a Matlab code, based on the software for real-time modal identification KOERI-MIDS, developed in Kandilli Observatory and Earthquake research institute, Istanbul. In ARTeMIS software both Frequency Domain (Frequency Domain Decomposition Peak Picking) and Time Domain (Stochastic Subspace Identification) techniques are being used. In the Matlab Code the modal frequencies are estimated by using basic signal processing tools such as baseline correction, band-pass filtering, windowing, FFT, and smoothing. Comparison shows that the results from the examined software are in good agreement with each other. In the second study case, output-only modal identification is performed in Fatih Sultan Mehmet (FSM) suspension bridge. Apart from comparing the predefined software in a complex and very flexible structure, results from FSM bridged have been compared with studies conducted by different researchers. In the case on Matlab Code, comparison shows that the results are in good agreement with the analytical studies. In the case of ARTeMIS software, the importance of having good quality and enough data is being pointed out.