Comparison of Measurements with and without Reference in Operational Modal Analysis Method: A Minaret Example

Abstract

In this study, dynamic characteristics of a reinforced concrete minaret were determined experimentally. Operational Modal Analysis (OMA) method was used in the measurements. The measurements were carried out in three different ways. In the first measurement without reference, the measurements were made at 4 different levels on the same vertical axis along the height of the minaret. A total of 8 accelerometers were used by placing 2 accelerometers at each level. In the second measurement with reference, 2 accelerometers were kept constant at the top measurement level and another 2 accelerometers were used by shifting at the other 3 measurement levels. The measurement was carried out in 3 stages and a total of 4 accelerometers were used in each measurement stage. In the third measurement, which is another measurement without reference, measurements was made by placing only 2 accelerometers at the top measurement level of the minaret. In all measurements, one of the 2 accelerometers used horizontally at each level was placed in the x direction and the other in the y direction. As a result of the measurements, the frequency and modes of the minaret were obtained. It was determined that the first 6 frequency values obtained from each measurement are equal or very close to each other. Since measurement is taken only from a single point at the top level in measurement 3, the 1st bending modes related to the two horizontal directions, in other words the 1st translational modes, were obtained only formally, and the other modes were not obtained. As a result, in order to safely obtain the dynamic parameters of structures such as minarets, especially their modes, it becomes necessary to measure from appropriate points at different levels along the height of the building as well as the top measurement level.

Keywords

• Operational modal analysis method
• Reinforced concrete minaret
• Dynamic characteristics

Operasyonel Modal Analiz Yönteminde Referanslı ve Referanssız Ölçümlerin Karşılaştırılması: Bir Minare Örneği

Abstract

Bu çalışmada betonarme bir minarenin dinamik karakteristikleri deneysel olarak belirlenmiştir. Ölçümlerde operasyonel modal analiz (OMA) yöntemi kullanılmıştır. Ölçümler üç farklı biçimde gerçekleştirilmiştir. Referanssız olan birinci ölçümde, minarenin yüksekliği boyunca aynı düşey eksen üzerinde bulunan 4 farklı seviyede ölçüm yapılmıştır. Her bir seviyeye 2 ivmeölçer olmak üzere toplamda 8 ivmeölçer kullanılmıştır. Referanslı olan ikinci ölçümde, en üst ölçüm seviyesinde 2 ivmeölçer sabit tutulmuş ve farklı 2 ivmeölçer ise diğer 3 ölçüm seviyesinde kaydırılarak 3 aşamada ölçüm gerçekleştirilmiştir. Her ölçüm aşamasında toplam 4 ivmeölçer kullanılmıştır. Referanssız bir diğer ölçüm olan üçüncü ölçümde ise minarenin en üst ölçüm seviyesine yalnızca 2 ivmeölçer yerleştirilerek ölçüm tamamlanmıştır. Bütün ölçümlerde her bir seviyede yatay yönde kullanılan 2 ivmeölçerden biri x, diğeri y yönünde yerleştirilmiştir. Ölçümler sonucunda, minarenin frekans ve modları elde edilmiştir. Her bir ölçümden elde edilen ilk 6 frekans değerlerinin birbirine eşit veya birbirine oldukça yakın olduğu belirlenmiştir. Ölçüm 3’te yalnızca en üst seviyede tek bir noktadan ölçüm alındığı için iki yatay doğrultu ile ilgili 1. eğilme modları, diğer bir deyişle 1. ötelenme modları sadece biçimsel olarak elde edilmiş, diğer modlar ise elde edilememiştir. Bu sonuçlara bağlı olarak, minare gibi yapıların dinamik parametrelerinin özellikle modlarının güvenli bir şekilde elde edilebilmesi için yapının yüksekliği boyunca en üst ölçüm seviyesine ilave olarak, farklı seviyelerdeki uygun noktalardan da ölçümlerin alınması gerekliliği ortaya çıkmaktadır.

Keywords

• Operasyonel modal analiz yöntemi
• Betonarme minare
• Dinamik karakteristikler

References

1. Altunışık AC, Karahasan OŞ, Genç AF, Okur FY, Günaydın M, Kalkan E, Adanur S, 2018. Modal parameter identification of RC frame under undamaged, damaged, repaired and strengthened conditions. Measurement, 124, 260-276.
2. Brownjohn JMW, Raby A, Bassitt J, Antonini A, Hudson E, Dobson P, 2018. Experimental modal analysis of British rock lighthouses. Marine Structures, 62, 1-22.
3. Chauhan S, 2008. Parameter Estimation and Signal Processing Techniques for Operational Modal Analysis, University of Cincinnati, Ohio, USA, PhD Dissertation.
4. De Silva F, Pitilakis D, Ceroni F, Sica S, Silvestri F, 2018. Experimental and numerical dynamic identification of a historic masonry bell tower accounting for different types of interaction. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 109, 235-250.
5. Lorenzoni F, Valluzzi MR, Salvalaggio M, Minello A, Modena C, 2017. Operational modal analysis for the characterization of ancient water towers in Pompeii. Procedia engineering, 199, 3374-3379.
6. Pachon P, Castro R, Garcia-Macias E, Compan V, Puertas E, 2018. E. Torroja’s bridge: Tailored experimental setup for SHM of a historical bridge with a reduced number of sensors. Engineering Structures, 162, 11-21.
7. Rainieri C, Fabbrocino G, 2011. Operational modal analysis for the characterization of heritage structures. Geofizika, 28(1) 109-126.
8. Ramos, JLF, 2007. Damage Identification on Masonry Structures Based on Vibration Signatures, Minho University, Portugal, PhD Dissertation.

9. Sevim B, Atamtürktür S, Altunışık AC, Bayraktar A, 2016. Ambient vibration testing and seismic behavior of historical arch bridges under near and far fault ground motions. Bulletin of Earthquake Engineering, 14(1), 241-259.
10. Şahin A, 2009. Yapıların Deneysel ve Operasyonel Modal Analizleri İçin Sayısal Sinyal İşleme, Dinamik Karakteristik Belirleme ve Sonlu Eleman Model İyileştirme Yazılımları: SignalCAD - ModalCAD – FemUP, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Doktora Tezi.
11. Torres W, Almazan JL, Sandoval C, Boroschek R, 2017. Operational modal analysis and FE model updating of the Metropolitan Cathedral of Santiago, Chile. Engineering Structures, 143, 169-188.
12. Türker T, 2005. Çelik Çerçeve Sistemlerin Dinamik Karakteristiklerinin Deneysel Modal Analiz Yöntemiyle Belirlenmesi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Yüksek Lisans Tezi.
13. Türker T, 2011. Çevresel Titreşim Verileri Kullanılarak Yapıların Hasar Durumlarının Tespiti ve Değerlendirilmesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon, Doktora Tezi.
14. URL-1, 2020. Multichannel FFT analyzers - Noise and Vibration Tests and Measurements – Oros. (Online). Available: http://www.oros.com/3889-multi-channel-analyzers.htm. (Erişim Tarihi: 31-Ağustos-2020).
15. URL-2, 2020. KB12VD type uniaxial accelerometers. (Online). Available: http://marmatek.com/urunler/mmf_kb12vd-sismik-ivme_sensoru/. (Erişim Tarihi: 31-Ağustos-2020).
16. Wojcicki Z, Kostecki S, Grosel J, 2016. Operational Modal Analysis of weir on Odra river in Poland. Procedia Engineering, 153, 874-881.
17. Yetkin M, 2016. Betonarme yapıların çevresel titreşim verileri kullanılarak dinamik davranışının incelenmesi/Investigation of dynamic behaviours of reinforced concrete structures by using environmental vibration data, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, Yüksek Lisans Tezi.
18. Yetkin M, Calayır Y, Erkek H, 2018. Determining Dynamic Characteristics Of Reinforced Concrete Minarets and Updating of Their Finite Element Models Using Environmental Vibration Data. Fırat University Turkish Journal of Science & Technology, 13(1), 93-98.
19. Yetkin M, Calayır Y, Erkek H, 2016. Çevresel Titreşim Verileri Kullanılarak Yapıların Dinamik Karakteristiklerinin Belirlenmesi ve Sonlu Eleman Modellerinin Güncelleştirilmesi. International Symposium on Natural Hazards and Hazard Management (Uluslararası Doğal Afetler ve Afet Yönetimi Sempozyumu), Karabük Üniversitesi, Karabük, s.133-138.