Monitorowanie uszkodzeń w ramie żelbetowej

• Autorzy: Nalepka M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2017.219

Warianty tytułu

EN

Damage monitoring of a reinforced concrete frame

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przestawiono próbę wytypowania współczynników, które dodatkowo poza obrazem współczynników falkowych pozwalałyby stwierdzić, czy w konstrukcji doszło do postępującego uszkodzenia względem znanego stanu oraz wpływu uszkodzenia na konstrukcję (spadku właściwości dynamicznych). W celu określenia wpływu uszkodzenia na odpowiedź konstrukcji posłużono się numerycznym modelem żelbetowej ramy portalowej poddanej testom o wzrastającej sile wymuszenia sejsmicznego podłoża. Wykorzystano w modelu nieliniowość konstrukcji w formie nieliniowości materiałowej (nieliniowe związki konstytutywne) jak i geometrycznej. Odpowiedź przyśpieszeniową konstrukcji przetworzono za pomocą ciągłej transformaty falkowej (z wykorzystaniem falki-matki Morlet) reprezentującej analizowany sygnał w dziedzinie czasowo-częstotliwościowej. Określone współczynniki (pikowy, asymetrii oraz rozproszenia) wytypowane na podstawie zapisu odpowiedzi z użyciem transformaty falkowej pomogły określić chwilę czasową wystąpienia uszkodzenia i spadek sztywności uszkodzonej konstrukcji odzwierciedlony w spadku jej częstotliwości drgań własnych. Następnie za pomocą wytypowanych współczynników przeanalizowano zapis odpowiedzi ramy żelbetowej badanej doświadczalnie, która poddana została testom na stole wstrząsowym w ISMES, które miały na celu określenie wpływu uszkodzenia na właściwości dynamiczne konstrukcji żelbetowych. Zaproponowane współczynniki pozwoliły na powiązanie zmiany ich wartości z powstałym uszkodzeniem poprzez porównanie zmiany właściwości dynamicznych ze zmianą wytypowanych współczynników wrażliwych na uszkodzenie. Współczynnik pikowy bezpośrednio powiązany z częstotliwością drgań własnych wskazywał chwilę czasowa wystąpienia uszkodzenia, zmienne wartości współczynnika asymetrii i rozproszenia wskazały trend zmian wraz z rozwojem tego uszkodzenia.

EN

This papier introduces wavelet based damage-sensitive coefficient extracted from structural response and used to correlate the damage propagation with changes in scalogram of a wavelet coefficient. In order to determine the effect of damage on the structural response, an inelastic numerical model of a reinforced concrete portal frame subjected with increasing seismic excitation has been used. The response of the structure has been processed by Continuous Waveform Transform (using Morlet wavelet as a mother wavelet) representing the analyzed signal in the time-frequency domain. Specific wavelet-based factors (Peak , Dispersion, and Asymmetry Coefficient) helped to determine the moment when the damage occurred in structure (a reduce in stiffness of the structure reflected in the fall of its natural frequency), to confirm the relation between the value of the coefficient and the damage state the response of the experimental reinforced concrete test frame was analyzed. Wavelet analyses of the response records of the r/c analyzed frame reveal clear, characteristic changes in the development of the wavelet ridges and peak patterns from the moment the structure starts to accumulate damage. The Peak coefficient directly “follows” the damage by observing the trace of peaks which correspond to natural frequency, it shows a changes in structural stiffness. The Dispersion and Asymmetry Coefficient has clearly shown that with the spread of frequency content the value of coefficient changes.

Słowa kluczowe

PL

analiza falkowa; właściwości dynamiczne; odpowiedź konstrukcji; transformata falkowa

EN

structure; wavelet analysis; dynamic properties; structural response; wavelet transform

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 64, nr 4/I
• Strony: 351--362
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Nalepka M.

• Politechnika Opolska, Katedra Mechaniki, Konstrukcji Budowlanych i Inżynierskich, ul. Prószkowska 76, 45-758 Opole; tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Spanos P.D., Giaralis A., Politis N.P., and Roesset J.M., Numerical treatment of seismic accelerograms and of inelastic seismic structural responses using harmonic wavelets. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 22(4), 2007, pp. 254-264.
• [2] Wilde K., Modal diagnostics, of civil engineering structures, Gdańsk University of Technology Publishers, Gdańsk 2008.
• [3] Bracewell R., Przekształcenie Fouriera I jego zastosowania, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1965.
• [4] Bałasiewicz J.T., Falki i aproksymacje, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1965.
• [5] Rucka M., Wilde K., Application of continuous wavelet transform in vibration based damage detection method for beams and plates, Journal of Sound and Vibration, 297, 2006, pp. 536-550.
• [6] Noh H.Y., Nair K., Lignos D. G., Kiremijdian A.S.Z., Kowalski M., Pospisil S., Use of wavelet-based damage-sensitive features for structural damage diagnosis using strong motion data, Journal Engineering Structures, vol. 137(10), 2011, pp. 1215-1228.
• [7] Spanos P. D., Failla G., Wavelets: Theoretical concepts and vibrations related applications, The Shock and Vibration Digest, 37(5), 2005, pp. 359-75.
• [8] Morlet J., Arens G., Fourgeau E., Giand D., Wave propagation and sampling theory, Geophysics 47(2), 1982, pp. 203-236.
• [9] Balafas K., Kiremijdian A.S., Development and validation of a novel earthquake damage estimation scheme based on the continuous wavelet transform of input and output acceleration measurements,Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 44(4), 2014 pp. 1215-1228.
• [10] Nair K.K., Kiremidjian A.S.Z., Damage diagnosis algorithm for wireless structural health monitoring, Earthquake Engineering Center, Departament of Civil Engineering, Standord University, California.
• [11] http://opensees.berkeley.edu/ {dostęp: 10.02.2017 r.}.
• [12] Filippou F.C., Popov E.P, Bertero V.V, Effects of bond deterioration on hysteretic behavior of reinforced concrete joints, Report EERC 83-19, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, 1994.
• [13] Mohd H., Mohd Y., Nonlinear Analysis of prestressed concrete structures under monotonic and cycling loads, PhD dissertation, University of California, Berkeley, 1994.
• [14] http://www.vibrationdata.com/elcentro.htm {dostęp: 10.02.2017 r.}.
• [15] Zembaty Z., Kowalski M., Pospisil S., Dynamic identification of a reinforced concrete frame in progressive states of damage, Engineering Structure 28, 2006, pp. 668-681.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)