Titelaufnahme

Titel
Structural health monitoring of civil structures based on vibration energy considerations / Alexander Tributsch
VerfasserTributsch, Alexander
Begutachter / BegutachterinAdam, Christoph ; Bucher, Christian
GutachterAdam, Christoph ; Pradlwarter, Helmut
Erschienen2014
UmfangXVI, 162 S. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
Datum der AbgabeMai 2014
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Zustandsüberwachung von Bauwerken / Schwingungsenergie / Schadensfindung / Schadensidentifikation / Schadensdetektion / Schadenslokalisation / Ambiente Anregung / Temperaturkompensation / Normalisierte kumulative Leistungsspektraldichte / Normalisierte kumulative spektrale Leistungsdichte / Schadensindex / Schadensindikator
Schlagwörter (EN)Structural Health Monitoring / Vibration Energy / Damage Identification / Damage Detection / Damage Localization / Ambient Excitation / Temperature Compensation / Normalized Cumulative Power Spectral Density / Damage Index / Damage Indicator
Schlagwörter (GND)Bauwerk / Schwingungsverhalten / Bauschaden
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

In der Dissertation wird die Schwingungsenergieverteilung in der gemessenen Beschleunigungsantwort von Bauwerken untersucht und ein darauf basierender Ansatz zur Schadensidentifikation in zwei Schritten vorgestellt. Der Vorteil des hier präsentierten Ansatzes ist die weitestgehende Vermeidung eines üblicherweise notwendigen mechanischen Modells. Im ersten Schritt Schadensdetektion: Existiert ein Schaden? ist keine Kenntnis über modale Parameter erforderlich, da dieser Schritt gänzlich auf der Schwingungsenergie der gemessenen Strukturantwort beruht. Als schadenssensitive Kenngröße wird die sogenannte normalisierte kumulative Leistungsspektraldichte (NCPSD) verwendet, deren Abweichungen in einem beliebigen Strukturzustand von jener in einem Referenzzustand anhand des NCPSD Schadensindex quantifiziert wird. Temperaturschwankungen und Änderungen der Anregung können berücksichtigt werden. Nur für den zweiten Schritt Schadenslokalisation: Wo ist der Schaden? ist die Bestimmung von Eigenformen der Struktur notwendig. Für die Lokalisierung werden zwei Indizes definiert, die auf den Amplituden und Neigungen der Eigenformen beruhen. Der vorgeschlagene zweistufige Schadensidentifikationsalgorithmus wird anhand von mehreren simulierten und drei experimentell untersuchten Strukturen getestet. Der NCPSD Schadensindex zeigt trotz der unbekannten Anregung die meisten der eingeprägten Modifikationen, welche Schäden repräsentieren sollen, auch tatsächlich an. Die automatisierte Anwendbarkeit und die Sensitivität auf kleinere Schäden wird an einem simulierten Langzeitüberwachungsprojekt mit statistischer Auswertung des NCPSD Schadensindex erfolgreich demonstriert. Die definierten Indizes zur Schadenslokalisation werden mehrmals angewendet und erleichtern die Auffindung der Schadensstelle.

Zusammenfassung (Englisch)

In the dissertation, the vibration energy distribution in structural acceleration responses is investigated, and a novel two-step damage identification procedure based on this quantity is introduced. Many existing damage identification methods rely on a mechanical model of the considered structure. The advantage of the proposed procedure is that it avoids this restriction as far as possible. In the first step damage detection: Is there a damage? no modal parameters are required, because it is completely based on the vibration energy / vibration characteristics of response measurements. The normalized cumulative power spectral density (NCPSD) is defined as the damage sensitive feature. Its dissimilarity in an undamaged reference state and in the actual structural state is expressed by a so-called NCPSD damage index. This flexible quantity can be computed for individual structural nodes, averaged over the whole structure, or also statistically evaluated in long-term monitoring, since the evaluation is completely automatable. Variation of temperature and excitation can be taken into account. Only for the second step damage localization: Where is the damage? it was found that identified mode shape data is necessary for successfully locating the damage, based on two defined mode shape damage indexes. The proposed two-step damage identification procedure is tested on several models simulated on the computer and on three real structures. It is shown that the NCPSD damage index is suitable to indicate most of the imposed structural modifications, representing damage, despite the unknown nature of the ambient excitation. In a simulated long-term monitoring project, the statistical characteristics of the NCPSD damage index indicate damage successfully. The utilized mode shape damage indexes are shown to support the localization of the spot or domain of modification/damage.