English
Język Polski
Identyfikacja uszkodzeń dwuteownika stalowego na podstawie zmian częstotliwości oraz krzywizny postaci drgań w stalowo-betonowej belce zespolonej
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.154138Abstrakt
W pracy przedstawiono zmiany parametrów modalnych tj. częstotliwości drgań własnych oraz krzywizny postaci drgań w wyniku uszkodzeń powstałych w dwuteowniku stalowym belki zespolonej. Analizie poddano belkę zespoloną stalowo-betonową, dla której przeprowadzono symulacje numeryczne (w modelu RFE) oraz badania doświadczalne. Analizowane uszkodzenie miało symulować rzeczywiste postępujące pęknięcie dwuteownika stalowego. Badano dwa poziomy uszkodzeń pojawiające się w dwóch różnych miejscach belki. Uzyskano bardzo wysoką zgodność zmian częstotliwości (na poziomie kilku procent) określonych na podstawie numerycznej i eksperymentalnej symulacji uszkodzeń. Częstotliwości drgań okazały się być wrażliwe na wprowadzone uszkodzenia - ich wartości obniżały się wraz ze wzrostem stopnia uszkodzeń w belce. Do analizy krzywizny postaci drgań wykorzystano parametr CDF. W tym zakresie otrzymano zadowalające wyniki na podstawie przeprowadzonych analiz numerycznych. W odniesieniu do badań eksperymentalnych uzyskano mniejszą skuteczność, co najprawdopodobniej spowodowane było zróżnicowaną gęstością siatki pomiarowej w porównaniu do analiz numerycznych.Bibliografia
[1] D. Balageas, “Introduction to Structural Health Monitoring”, in Structural Health Monitoring. John Wiley & Sons, Ltd, 2006, pp. 13-43.
[2] H. Wenzel, Health monitoring of bridges. John Wiley & Sons, 2008.
[3] P.C. Chang, A. Flatau, and S.C. Liu, “Review Paper: Health Monitoring of Civil Infrastructure”, Structural Health Monitoring, vol. 2, no. 3, pp. 257-267, 2003, doi:10.1177/1475921703036169.
[4] A.Z.O. Al-Hijazeen, M. Fawad, M. Gerges, K. Koris, and M. Salamak, “Implementation of digital twin and support vector machine in structural health monitoring of bridges”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 3, pp. 31-47, 2023, doi:10.24425/ace.2023.146065.
[5] H. Sohn, C.R. Farrar, F. Hemez, and J. Czarnecki, “A Review of Structural Health Monitoring Literature 1996-2001”, pp. 1-7, 2001.
[6] O. Avci, O. Abdeljaber, S. Kiranyaz, M. Hussein, M. Gabbouj, and D.J. Inman, “A review of vibration-based damage detection in civil structures: From traditional methods to Machine Learning and Deep Learning applications”, Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 147, art. no. 107077, 2021, doi:10.1016/j.ymssp.2020.107077.
[7] D. Montalvao, N.M.M. Maia, and A.M.R. Ribeiro, “A review of vibration-based structural health monitoring with special emphasis on composite materials”, Shock and Vibration Digest, vol. 38, no. 4, pp. 295-324, 2006.
[8] S.W. Doebling, C.R. Farrar, and M.B. Prime, “A summary review of vibration-based damage identification methods”, Shock and Vibration Digest, vol. 30, no. 2, pp. 91-105, 1998.
[9] S. Das, P. Saha, and S.K. Patro, “Vibration-based damage detection techniques used for health monitoring of structures: a review”, Journal of Civil Structural Health Monitoring, vol. 6, no. 3, pp. 477-507, 2016, doi:10.1007/s13349-016-0168-5.
[10] R. Hou and Y. Xia, “Review on the new development of vibration-based damage identification for civil engineering structures: 2010-2019”, Journal of Sound and Vibration, vol. 491, art. no. 115741, 2021, doi:10.1016/j.jsv.2020.115741.
[11] Y. Yang, Y. Zhang, and X. Tan, “Review on vibration-based structural health monitoring techniques and technical codes”, Symmetry, vol. 13, no. 11, pp. 1-18, 2021, doi:10.3390/sym13111998.
[12] M. Rucka, “Special Issue: ‘Non-Destructive Testing of Structures”, Materials, vol. 13, no. 21, pp. 1-6, 2020, doi:10.3390/ma13214996.
[13] A. Morassi and L. Rocchetto, “A Damage Analysis of Steel-Concrete Composite Beams Via Dynamic Methods: Part I. Experimental Results”, Journal of Vibration and Control, vol. 9, no. 5, pp. 507-527, 2003, doi:10.1177/1077546303009005002.
[14] M. Dilena and A. Morassi, “A Damage Analysis of Steel-Concrete Composite Beams Via Dynamic Methods: Part II. Analytical Models and Damage Detection”, Journal of Vibration and Control, vol. 9, no. 5, pp. 529-565, 2003, doi:10.1177/1077546303009005003.
[15] M. Dilena and A. Morassi, “Vibrations of steel-concrete composite beams with partially degraded connection and applications to damage detection”, Journal of Sound and Vibration, vol. 320, no. 1-2, pp. 101-124, 2009, doi:10.1016/j.jsv.2008.07.022.
[16] M. Dilena and A. Morassi, “Experimental modal analysis of steel concrete composite beams with partially damaged connection”, Journal of Vibration and Control, vol. 10, no. 6, pp. 897-913, 2004, doi:10.1177/1077546304041370.
[17] A.K. Pandey, M. Biswas, and M. Samman, “Damage detection from changes in curvature mode shapes”, Journal of Sound and Vibration, vol. 145, pp. 321-332, 1991.
[18] M.M.A. Wahab and G.D. Roeck, “Damage Detection In Bridges Using Modal Curvatures: Application To A Real Damage Scenario”, Journal of Sound and Vibration, vol. 266, no. 2, pp. 217-235, 1999.
[19] M. Jarosińska and S. Berczyński, “Changes in frequency and mode shapes due to damage in steel-concrete composite beam”, Materials, vol. 14, no. 21, pp. 1-18, 2021, doi:10.3390/ma14216232.
[20] M. Szumigała, A. Pełka-Sawenko, T. Wróblewski, and M. Abramowicz, “Damage Detection of Steel-Concrete Composite Beam”, Civil and Environmental Engineering Reports, vol. 28, no. 3, pp. 30-49, 2018, doi:10.2478/ceer-2018-0033.
[21] F. Sadeghi, Y. Yu, X. Zhu, and J. Li, “Damage identification of steel-concrete composite beams based on modal strain energy changes through general regression neural network”, Engineering Structures, vol. 244, art. no. 112824, 2021, doi:10.1016/j.engstruct.2021.112824.
[22] T. Wróblewski, M. Jarosińska, and S. Berczyński, “Application of ETR for diagnosis of damage in steel-concrete composite beams”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, vol. 49, no. 1, pp. 51-70, 2011.
[23] T. Wróblewski, M. Jarosińska, M. Abramowicz, and S. Berczyński, “Experimental validation of the use of energy transfer ratio (ETR) for damage diagnosis of steel-concrete composite beams”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, vol. 55, no. 1, pp. 241-252, 2017, doi:10.15632/jtam-pl.55.1.241.
[24] T. Wróblewski, M. Jarosińska, and S. Berczyński, “Damage location in steel-concrete composite beams using energy transfer ratio (ETR)”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, vol. 51, no. 1, pp. 91-103, 2013.
[25] A. Bilotta, A. Morassi, and E. Turco, “Damage identification for steel-concrete composite beams through convolutional neural networks”, Journal of Vibration and Control, vol. 30, no. 3-4, pp. 876-889, 2023, doi:10.1177/10775463231152926.
[26] J. Kruszewski, S. Sawiak, and E. Wittbrodt, Metoda sztywnych elementów skończonych w dynamice konstrukcji (The rigid finite element method in dynamics of structures). Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1999.
[27] PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. PKN, 2008.
[28] E. Manoach, J. Warminski, L. Kloda, and A. Teter, “Numerical and experimental studies on vibration based methods for detection of damage in composite beams”, Composite Structures, vol. 170, pp. 26-39, 2017, doi:10.1016/j.compstruct.2017.03.005.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
