TESTBOX Serisi Cihazlar ile Tarihi Bir Yapıda Kablosuz Yapısal Sağlık Takibi

Transkript

1 TESTBOX Yapısal Sağlık Takibi (SHM) Uygulamaları Uygulama Notu AN-TR-401 TESTBOX Serisi Cihazlar ile Tarihi Bir Yapıda Kablosuz Yapısal Sağlık Takibi Anahtar Kelimeler: Yapısal Sağlık Takibi, Operasyonel Modal Analiz, Ortam Titreşimi, Kablosuz İvmeölçer, İnşaat Mühendisliği, Yapı Dinamiği, Modal Frekanslar, Mod Şekilleri, GPS üzerinden Senkronizasyon Keywords /TAGS: Structural Health Monitoring, Operational Modal Analysis, Ambient Vibration, Wireless Accelerometer, Civil Engineering, Structural Dynamics, Modal Frequencies, Mode Shapes, GPS-Based Synchronization İçindekiler: - Giriş - Operasyonel Modal Analiz Nedir? - Kullanılan Cihaz ve Ekipman - Çalışmanın Saha Görüntüleri - Çalışmada Uygulanan Operasyonel Modal Analiz Adımları - Sonuç Giriş

2 Bu uygulama notunun amacı TESTBOX ve SENSEBOX serisi ürünlerle Manisa daki tarihi bir yapıda uygulanan Operasyonel Modal Analiz çalışmasını aktarmaktır. Yapı dinamiği anlamında ortaya çıkan sonuçlardan daha çok TESTOX ATT kodlu cihaz ile Operasyonel Modal Analiz in başarılı bir şekilde nasıl uygulandığı üzerinde durulmuştur. Operasyonel Modal Analiz Nedir? Yapıların rüzgâr, küçük sismik hareketler, taşıt trafiği, insan hareketleri ve makine titreşimleri gibi genliği ve zamanla değişimi tam olarak bilinmeyen titreştiriciler tarafından tetiklendiği bilinmektedir. Genelde bir yapının modal test sonuçları çıkarılırken dışarıdan bir kuvvet uygulanır ve tepki fonksiyonundan yararlanılır.(deneysel Modal Analiz). Fakat ileri seviye matematiksel işlemler ile dışarıdan herhangi bir kuvvet uygulamadan, yapıdaki mevcut titreşimler ile yapının modal parametreler elde edilebilir. Modal Parametreler, -Doğal Frekanslar -Sönümleme Oranları -Mod Şekilleri Yapıdaki mevcut titreşimler ve ortam titreşimi altında modal parametreleri belirleme işlemlerine Operasyonel Modal Analiz denir. Bu çalışmalar genelde Ortam Titreşimi(Ambient Vibration) altında yapılan testler, ya da Sadece-Çıktı (Output- Only) çalışmalar olarak da adlandırılırlar. Teknolojinin ilerlemesi içe çok hassas ölçümler olanaklı hale geldiğinden, test yapmanın kolay yolu olarak adlandırabileceğimiz bu tür giderek daha yaygın hale gelmiştir. Bu notun amacı Operasyonel Modal Analiz hakkında detaylı teknik bilgi vermekten çok, örnek bir çalışmanın A dan Z ye nasıl yürütüleceğini anlatmak olduğundan, derinlemesine teorik bilgiye girilmemiştir. Aşağıdaki teknik notlarda daha detaylı teknik bilgi bulunabilir: Link Kullanılan Cihaz ve Ekipman

3 1. 4 Adet TESTBOX ATT (Toplam 4Cihaz*4 Kanal=16 Kanal) (Detaylı bilgi için Link) adet tek eksenli SENSEBOX-7021 ivmeölçer (mikro-g hassasiyet) (Detaylı bilgi için Link ) 3. EASYTEST-NETWORK veri toplama yazılımı (Detaylı bilgi için Link ) 4. ARTEMIS Operasyonel Modal Analiz yazılımı (Detaylı bilgi için Link ) 5. Kablosuz veri aktarma üniteleri 6. Laptop Bu uygulamada kullanılan TESTBOX ATT cihazının öne çıkan teknik özellikleri özet olarak aşağıda listelenmiştir: 4 Kanal(Eş Zamanlı Örnekleme) 24 Bit / 138 db 2 khz, 1kHz, 500Hz, 200Hz,100Hz Örnekleme frekansı GPS üzerinden zaman senkronizasyonu Kablosuz veri aktarımı Kendi üzerine kayıt GPS Senkronizasyon Teknolojisi:

4 Bu cihazda kullanılan GPS senkronizasyonu teknolojisi uygulama açısından önemli bir katkı sağlamaktadır. Bu tür uygulamalarda genelde tüm sensörlerin bağlandığı merkezi bir veri toplama sistemi kullanılır. Bu veri toplama sistemi sensörleri eş zamanlı örnekler, tam olarak aynı anda alınmış ivme verileri modal analizin yapılabilmesini sağlar. Ancak, bu uygulamada TDG tarafından geliştirilmiş özel ve farklı teknolojide bir çözüm kullanılmıştır. Kullanılan veri toplama sistemleri ve sensörler birbirleri arasında hiçbir bağlantı olmasa dahi eş zamanlı örnekleme yapabilmektedir. Bu durum, GPS üzerinden zaman senkronizasyonu yapılarak mümkün olur. Birbirinden bağımsız olarak yapının farklı noktalarına yerleştirilen cihazlar GPS modülleri aracılığıyla uydu zamanı üzerin 1 mikro-saniye çözünürlükte senkronize olurlar. Kendi iç bağımsız sayaçlarını uydu saatine senkronize ederler. 1 mikro-saniyelik bu çözünürlük, inşaat mühendisliği alanında yapısal sağlık takibi ve modal analiz yapmak için yeterlidir. Çalışmanın Saha Görüntüleri Yapının ilgili yerlerine X ve Y yönlerinde 16 adet ivmeölçer(sensebox7021) yerleştirilmiştir.

5

6 Çalışmada Uygulanan Operasyonel Modal Analiz Adımları Yapısal Sağlık Takibi nin en önemli bileşenlerinden biri Operasyonel Modal Analiz dir. Bu uygulama notunun hazırlanmasının en önemli nedeni bir operasyonel modal analiz çalışmasında yer alması gereken tüm adımların bu çalışmada A dan Z ye yer almış olması, bu nedenle çok başarılı bir örnek oluşturuyor olmasıdır. Çalışmada yer alan Operasyonel Modal Analiz(OMA) aşamaları şu şekilde sıralanabilir. Yapı üzerinde sensörlerin monte edileceği yerler belirlendi. 2 tanesi Yapı nın temeline, diğer 14 tanesi de yapının 4 köşesine X ve Y yönlerinde yerleştirilecek şekilde toplam 16 adet sensör monte edildi. Yapının her bir köşesine bir adet veri toplama ünitesi konuldu. Köşelerdeki veri toplama üniteleri GPS üzerinden eş zamanlı olarak verilerini toplayabilecek şekilde ayarlandı. Kablosuz veri aktarma üniteleri birbirlerini görecek şekilde (Line Of Sight) yerleştirildiler.

7 TESTLAB-NETWORK yazılımı ile toplam 4 üniteden 16 kanal a ait 20 dakikalık kayıt alındı. Artemis Operasyonel Modal Analiz Yazılımı ile kayıtlı datalar üzerinden analizler yapıldı. Ve yapıya ait Modal Parametreler belirlendi. Bu çalışmada TESTBO2010 cihazları ile kablosuz olarak başarılabilen 2 farklı veri toplama şekli denemiştir: 1-GERÇEK ZAMANLI KABLOSUZ VERİ TRANSFERİ: Veri toplama ünitelerinden gelen datalar, kablosuz veri aktarma üniteleri aracılığıyla gerçek zamanlı olarak bilgisayara aktarılmıştır. Gerçek Zamanlı Kablosuz Veri Transferi 2-KENDİ ÜZERİNE KAYIT ve POST İŞLEM: Birbirinden bağımsız yerleştirilmiş, ancak GPS üzerinden senkronize olana TESTBOX2010 cihazları, yapı dolaşılarak toplam birkaç dakika içinde üzerlerindeki RECORD tuşlarına basılarak kendi üzerlerine kayıt almaları sağlanmıştır. Böylelikle veri toplamaya aynı anda başlamasalar da aldıkları veri senkronize olduğundan, ilk birkaç dakika atılarak devamındaki data üzerinden analiz yapılmıştır. Bu işlemleri yazılım otomatik olarak gerçekleştirmektedir. Kendi Üzerine Kayıt ve Post İşlem

8 Sonuç 2 farklı yöntem de aynı sonu vermiş, ancak test tekniği açısından aşağıda karşılaştırılmıştır: 1-Cihazların kendi üzerine kayıt özelliği ile test süresi minimuma indirilmiştir. Kablosuz veri aktarmada kullanılan ünitelerin kurulumu, birbirini görmesi ve menzil gibi durumlar nedeni ile test süresi kendi üzerine kayıt opsiyonuna göre biraz daha fazla olmaktadır. 2-Cihazların üzerinde bulunan dahili batarya, GPS üzerinden senkronizasyon,kendi üzerine kayıt özellikleri çok pratik bir saha çalışması imkanı sağlamaktadır. 3-Sonuç olarak gerçek bir yapı üzerinde, kablosuz özelliklere sahip TESTBOX ATT cihazları ile ortam titreşimi altında başarılı bir test çalışması tamamlanmıştır. Analiz sonucunda ortaya çıkan modal parametreler de Proje yürütücüleri tarafından gerçeğe uygun ve başarılı bulunmuştur. Not: Operasyonel Modal Analiz Çalışması Celal Bayar Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Akademisyenleri yürütücülüğünde, TDG mühendisleri desteği ile tamamlanmıştır.