Monitorowanie uszkodzeń w ramie żelbetowej

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.

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.