Structural Health Monitoring of Multi-story Buidings via Robotic Laser Scanning Systems

Yıl 2018, Cilt: 23 Sayı: 3, 313 - 322, 31.12.2018

Muammer Özbek , Yiğit Dağhan Gökdel

https://doi.org/10.17482/uumfd.448640

Öz

This study aims to develop a programmable robotic
scanning system, which is based on remote sensing and non-contact measurement
techniques, for structural health monitoring of multi-story buildings, bridges
and similar structures. The proposed system is based on laser Doppler
interferometry and can easily be applied to almost all kinds of structures
without needing to install any sensors on the structure. In order to take
measurements with high accuracy and spatial resolution, the utilized laser
Doppler vibrometer is mounted on a motorized platform which can independently
rotate about the horizontal and vertical axes. A unified monitoring system,
which enables user to control several test parameters through a personal
computer, was formed by means of the integrated camera imaging system, control algorithms
and user interface. The developed scanning system was tested in the lab on
small scale multi-story building models and it was demonstrated that the
dynamic properties of the structure can be extracted with high accuracy and
resolution. The proposed system can be programmed to scan several structures
successively by using the same device. The analysis results show that natural
frequencies, damping ratios and mode shapes of the test structures can be
extracted in a fast and efficient way.

Anahtar Kelimeler

Structural health monitoring, Robotic systems, Vibration measurement, Modal Analysis, Laser interferometry, Wind and earthquake response

ÇOK KATLI YAPILARDA ROBOTİK LAZER TARAYICI SİSTEMLERLE YAPISAL SAĞLIK TAKİBİ

Öz

Bu
çalışmada çok katlı bina, köprü vb. yapıların anlık sağlık durumlarının
takibinde kullanılmak amacıyla uzaktan algılama ve temassız ölçüm tekniklerine
dayalı, programlanabilir robotik bir tarayıcı sistem geliştirilmesi
amaçlanmaktadır. Önerilen sistem, ölçüm tekniği olarak lazer Doppler
interferometri kullanılacağı için test edilen yapılar üzerine herhangi bir
sensör yerleştirilmesine ihtiyaç duyulmadan her türlü yapıya kolaylıkla
uygulanabilir. Yüksek
hassasiyet ve çözünürlükte ölçüm alınabilmesi amacıyla, yüksek örnekleme
frekansına sahip bir lazer Doppler titreşimölçer, yatay ve düşey eksenlerde
bağımsız hareket edebilen motorize bir platform üzerine yerleştirilmiştir.
Platforma eklenen kameralı görüntüleme sistemleri, geliştirilen kontrol
algoritmaları ve arayüz yardımıyla, kullanıcının test ve ölçümler ile ilgili
çeşitli parametreleri kişisel bilgisayarı üzerinden kontrol edebileceği
bütünleşik bir yapı oluşturulmuştur. Geliştirilen
tarayıcı sistem laboratuvarda kurulan küçük ölçekli çok katlı bina modelleri
üzerinde test edilerek yapıların dinamik özelliklerinin yüksek doğruluk ve
çözünürlükte çıkarılabildiği gösterilmiştir. Önerilen sistem birden fazla
yapının düzenli bir şekilde taranmasına imkan sağlayacak şekilde
programlanabilmektedir. Elde edilen titreşim verisinin analizi sonucunda
yapının doğal frekanslarının, sönümleme oranlarının ve mod şekillerinin hızlı
ve etkin bir şekilde hesaplanabildiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Yapısal sağlık takibi, Robotik sistemler, Titreşim ölçümü, Modal analiz, Lazer interferometri, Rüzgar ve deprem salınımı

Kaynakça

• Bocca, M., Eriksson, L., Mahmood, A., Jäntti, R. ve Kullaa, J. (2011) A synchronized wireless sensor network for experimental modal analysis in structural health monitoring, Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 26(7), 483–499. doi:10.1111/j.1467-8667.2011.00718.x
• https://www.polytec.com/int/, Erişim Tarihi: 20.07.2018, Konu: Lazer Titreşimölçerler.
• Krishnamurthy, V., Fowler, K. ve Sazonov, E. (2008) The effect of time synchronization of wireless sensors on the modal analysis of structures, Smart Materials and Structures, 17(5) 055018. doi: 10.1088/0964-1726/17/5/055018
• Magalhães, F. ve Cunha, Á. (2016) Automated identification of the modal parameters of a cable-stayed bridge: Influence of the wind conditions, Smart Structures and Systems,17(3), 431 444. doi:10.12989/sss.2016.17.3.431
• Nickitopoulou, A., Protopsalti, K. ve Stiros, S. (2006) Monitoring dynamic and quasi-static deformations of large flexible engineering structures with GPS: Accuracy, limitations and promises, Engineering Structures, 28(10), 1471-1482. doi:10.1016/j.engstruct.2006.02.001
• Oliveira, G., Magalhães, F., Cunha, Á. ve Caetano, E. (2018), Continuous dynamic monitoring of an onshore wind turbine, Engineering Structures, 164, 22-39. doi:10.1016/j.engstruct.2018.02.030
• Tamura, Y., Matsui, M., Pagnini, L.C., Ishibashi, R. ve Yoshida A (2002). Measurement of wind-induced response of buildings using RTK-GPS, Journal of Wind Eng. Ind. Aerodyn, 90(12-15), 1783–93. doi:10.1016/S0167-6105(02)00287-8
• Yang, S., Allen ve M.S. (2012), Output-only Modal Analysis using Continuous-Scan Laser Doppler Vibrometry and application to a 20 kW wind turbine, MSSP Mechanical Systems and Signal Processing, 31, 228-245. doi:10.1016/j.ymssp.2012.04.012