Teknik Bilgiler

Crotone Katedrali’nin Modal Analizi

Cortone Katedrali, depremlere maruz kalan bir bölge olan Calabria’da yer almaktadır. Yapısal izleme, bu tarihi ve kültürel yapının sismik olayların neden olduğu hasarlardan korunmasına yardımcı olur. Bu tür izleme sistemleri, risklere işaret edebilecek yer hareketlerini ve titreşimleri tespit eder.

Modal Analiz, titreşimlere karşı yapısal tepkinin dinamik bir resmini sunar. İnşaat mühendisliği hizmet sağlayıcıları 2MG ve Co.Ma.Te.C., bir Dewesoft modal analiz çözümü uygulamıştır.

Calabria depremlere maruz kalan sismik bir bölgedir. Tarihi ve kültürel önemi göz önüne alındığında, Katedral’in sismik olayların neden olduğu hasardan korunması için izlenmesi şarttır. İzleme sistemleri, bir deprem sırasında yapısal hasar riskine işaret edebilecek yer hareketlerini ve titreşimleri tespit edebilir. Bunun yerine modal analiz, titreşimlere karşı yapısal tepkinin dinamik bir resmini sağlar.

Crotone Katedrali, Kutsal Bakire Meryem’e adanmış mermer bir kilise levhası ile kanıtlandığı üzere 1686 yılına dayanmaktadır. Önemli bir kültürel ve tarihi miras yapısıdır. Bu anıtın gelecek nesiller için korunması ve muhafaza edilmesi için yapısal bütünlüğün sürekli olarak analiz edilmesi gerekmektedir.

Katedralin Tarihçesi

Santa Maria Assunta Katedrali olarak da bilinen Crotone Katedrali, Crotone’nin ana ibadet yerlerinden biridir. İtalya’nın Calabria bölgesinde Adriyatik Denizi kıyısında yer almaktadır.

Katedralin tarihi, vatandaşların bugünkü katedralin bulunduğu yere Romanesk bir kilise inşa ettiği 12. yüzyıla kadar uzanmaktadır. Yüzyıllar boyunca yapı çeşitli dönüşümlere ve genişlemelere konu olmuştur. 16. yüzyılda, İspanyol egemenliği döneminde, kilise Rönesans tarzında önemli değişiklikler geçirmiş ve bu da binaya bugünkü görünümünü kazandırmıştır.

Crotone Katedrali’nin tarihindeki en önemli anlardan biri, yapıya önemli ölçüde zarar veren 1638 depremiydi. Kasaba yeniden inşa ve restorasyona başlamış, bu da daha fazla mimari değişikliğe yol açmıştır.

Katedralin iç kısmı, merkezi bir nef ve iki yan nef ile Latin haçı planına sahiptir. Yerel sanatçıların ve Napoliten ekolün resim ve heykelleri de dahil olmak üzere değerli sanat eserleri ana sunağı süslemektedir.

Yüzyıllar boyunca Crotone Katedrali, kenti ve çevresindeki bölgeyi karakterize eden farklı tarihi dönemleri yansıtan çeşitli stilistik ve mimari dönüşümlerden geçmiştir. Bugün katedral, inananlar için önemli bir ibadet yeri ve Crotone şehrinin zengin tarihi ve kültürünün somut bir kanıtıdır.

Hizmet Ortakları

Bu proje, yapı mühendisliği hizmetleri ve danışmanlık sunan İtalyan şirketleri 2MG S.r.l. ve Co.Ma.Te.C. S.r.l. tarafından gerçekleştirilmiştir.

  • 2MG S.r.l. yapısal ve jeolojik mühendislik hizmetleri ve bu tür faaliyetlerin geliştirilmesi, uygulanması ve entegrasyonu için destek sunmaktadır. İşi, fiziksel ve çevresel parametreleri ölçmek için izleme sistemleri tasarlamayı, kurmayı ve oluşturmayı içerir. Ayrıca yapısal teşhis, düzenleyici ve deneysel kontroller, jeoloji hizmetleri ve jeo-teşhis araştırmaları da yapmaktadır.
  • Ma.Te.C. S.r.l. bir inşaat ve çevre mühendisliği danışmanlık şirketidir. Kurucularının yapısal teşhis, yük testleri, yerinde testler ve tasarım konularında edindikleri onlarca yıllık deneyimden doğmuştur. Bugün şirket, kamu kurumları, işletmeler ve mühendislik sektöründeki profesyoneller için teknik destek sunmaktadır. Malzeme ve zeminlerin fiziksel-mekanik özelliklerini belirleme ve analiz ve doğrulama süreçlerini destekleme konusunda uzmandırlar.

Veri Toplama Sistemi

Katedralin modal analizini yapmak için bir edinim sistemi tasarladık. Özellikle doğru ve anlamlı sonuçlar elde etmeye ve söz konusu tarihi mimarinin esenliğini sağlamaya odaklandık.

Bu nitelikteki bir proje, yapının dinamik davranışı hakkında veri toplamak için uygun sensörlerin seçilmesini gerektirir. Yapının titreşimlerine ve hareketlerine tepki olarak ivmeyi ölçen ivmeölçerler yaygın olarak kullanılmaktadır.

En önemli titreşim modlarını yakalamak için Katedralin farklı kritik noktalarına stratejik olarak yerleştirilmeleri gerekir. Yapının tam olarak kapsanmasını sağlamak ve tüm yönlerdeki baskın titreşim modlarını yakalamak için en uygun kurulum noktasını belirlememiz gerekiyordu. Mimari faktör, tarihi-kültürel faktörü korumak için analiz enstrümantasyonunun kapladığı yüzeylere dikkat etmeyi gerektirdiğinden bu süreci genellikle daha sorunlu hale getirir.

Çeşitli nedenlerden dolayı, Katedral’in dinamik davranışının zamansal bir anlık görüntüsüne sahip olmak çok önemlidir.

Yapısal Stabilite Değerlendirmesi

Modal analiz, yapının rüzgar veya deprem gibi dış yüklere karşı dinamik tepkisi hakkında önemli bilgiler sağlar. Verileri yapısal stabiliteyi değerlendirmek ve herhangi bir sorunu veya arıza riskini belirlemek için kullanabiliriz.

Tasarım ve Bakım

Yapının doğal titreşim modlarının anlaşılması, güçlendirme veya stabilite iyileştirme önlemlerinin tasarlanması için esastır. Ayrıca, yapının dinamik davranışının zaman içinde izlenmesi, bakım müdahaleleri gerektiren herhangi bir bozulma veya anomalinin erken tespit edilmesini sağlar.

Kamu Güvenliği

Katedralin dinamik davranışı hakkında derinlemesine bilgi sahibi olmak, yapıyı ziyaret eden halkın güvenliğini garanti altına almamızı sağlar. Yapısal sorunlarla ilişkili risklerin belirlenmesi ve azaltılması, insanların güvenliğinin ve refahının korunmasına yardımcı olur.

Bir yapının dinamik davranışı hakkında modal analiz yoluyla bilgi edinmek, stabilitesini değerlendirmek, iyileştirme müdahaleleri tasarlamak ve kamu güvenliğini sağlamak için gereklidir. İyi tasarlanmış bir bilgi edinme sistemi ve doğru veri analizi, tarihi ve anıtsal yapıların yönetimi ve korunması için değerli bilgiler sağlar.

Ölçüm Çözümü

Veri toplama için kullanılan sistem aşağıdakilerden oluşmuştur:

Kurulan sensörler Dewesoft IOLITEi-3xMEMS-ACC-INC’dir. Bu veri toplama cihazı entegre bir düşük gürültülü MEMS ivmeölçerine sahiptir. Köprüler, binalar, antenler, stadyumlar, büyük makineler vb. gibi muazzam yapıların yapısal sağlığını izlemek için tasarlanmıştır.

IOLITE 3xMEMS-ACC-INC titreşim, eğim, hız, yer değiştirme, eğim ve yuvarlanma ölçümü için entegre algılama cihazlarıdır. Cihazın içinde, entegre bir üç eksenli MEMS ivmeölçer ivmeyi ölçer. İvmeölçer mekanik şasiye sıkıca tutturulmuştur. Sıcaklık eğrisi yanıtlarını izleyen doğru bir kalibrasyon süreci sayesinde eğim verileri de sağlayabilir.

Cihaz aynı zamanda analogdan dijitale dönüştürme (ADC) işlemini de gerçekleştirir. Bu özellik, analog kablolamadan kaynaklanan gürültüyü ortadan kaldırır. Uzun mesafeler, iletim sürecinde yüksek doğruluk ve yüksek senkronizasyon seviyesi (1us) artık bir sorun değildir – kurulum süresinin ve finansal kaynakların harcanmasını optimize eder.

Cihazın içindeki bir mikroişlemci, ivme örneklerini bir Windows PC üzerinde çalışan DewesoftX veri toplama yazılımına iletir. Alternatif olarak, cihazlar EtherCAT master çalıştıran herhangi bir kontrolöre bağlanabilir. Sensör ölçeklendirmesi otomatiktir; g veya m/s2 cinsinden veriler kolayca kullanılabilir.

Cihazın içine monte edilmiş dahili bir sıcaklık sensörü MEMS ivmeölçerin sıcaklığını ölçer. DewesoftX bu değerleri bir sistem monitör kanalı olarak görüntüler. Değerler saniyede bir kez güncellenir.

Operasyonel zaman Dewesoft veri dosyaları (DXD), analizi çalıştırmak için doğrudan Dewesoft ARTeMIS OMA yazılımına aktarılabilir. Dewesoft ARTeMIS OMA yazılımı ile, yalnızca çıkış yanıtı verilerini elde ettiğimiz işletme yapıları için tüm modal parametreleri tahmin edebiliriz. Modal parametreler mod şekilleri, doğal frekanslar ve sönümleme oranlarıdır.

Yazılım doğal frekansların, sönüm oranlarının, mod şekillerinin tahminini ve animasyonunu, düzenli mod şekillerinin tahminini, Frekans Alanı Ayrıştırmasını (FDD) ve Geliştirilmiş Frekans Alanı Ayrıştırmasını (EFDD) destekler.

Zaman akışı sırasında yapının dinamik davranış değişikliğinin izlenebilirliğini mümkün kılar. Yapı titreşim analizi ile sıfırdan başlayıp modal şekillerle bitirerek, yapı titreşim tepkisi açısından malzeme dejenerasyonuna bakabiliriz!

Kurulum

Yüksekte kurulumları güvenli ve verimli bir şekilde gerçekleştirmek için bir MEWP (Mobil Yükseltici Çalışma Platformu) kullandık. Bu araçlar çeşitli avantajlar sunar ve inşaat, sanayi ve altyapı bakımı dahil olmak üzere çeşitli sektörler bunları yaygın olarak kullanır.

Yüksekte kurulumlar için MEWP’lerin kullanışlılığı çeşitli nedenlere dayanmaktadır:

  • Güvenli erişim: Bu araçlar operatörlerin yüksek noktalara güvenli bir şekilde erişmesini sağlayarak iş yerinde düşme ve kaza riskini azaltır.
  • İş Verimliliği: Çalışma platformları sabit bir taban ve geniş bir hareket aralığı sunarak operatörlerin yüksekte görevleri hızlı ve verimli bir şekilde tamamlamasına olanak tanır.
  • Esneklik: Farklı tipteki kamyonlar, dar alanlara erişim, yüksekte çalışma veya engebeli arazide çalışma dahil olmak üzere işin özel ihtiyaçlarına uyum sağlamak için çok çeşitli seçenekler sunar.
  • Çok yönlülük: Bina bakımından inşaata, enerji hattı bakımından daha fazlasına kadar çeşitli sektörler ve uygulamalar Plea kamyonlarını kullanabilir.

Sonuçlar

Modal analiz için seçilen ölçüm noktaları ve modül tipi, veri ekstrapolasyonunu çok zorlaştırmıştır. Yığma yapının homojen olmayan davranışı, spektral diyagramın bilgi açısından yetersiz olduğu anlamına geliyordu. Bununla birlikte, üç rezonans frekansı tespit edilmiştir. Bunlardan ilki yapının öteleme davranışıyla, ikincisi yapısal bir elemanla, üçüncüsü ise üst kısımdaki kubbenin hareketiyle ilgilidir.

Şekil 8 ve 9’daki etkilenen frekans bantları için spektral diyagramlara bakın.

Şekil 8a. Spektral diyagramlar

Şekil 8b. Spektral diyagramlar

Dewesoft Artemis OMA yazılımı aracılığıyla yeniden üretilen titreşim modları aşağıdaki gibidir:

1. Titreşim modu 3,41 Hz tanımlandı.

2. Titreşim modu 22,7 Hz Tanımlandı

Üçüncü Titreşim modu 24,25 Hz olarak belirlenmiştir.

Dewesoft Artemis OMA yazılımından alınan ölçüm ekranlarını içeren ve katedralin titreşim modlarının ayrıntılı bir analiziyle dış kuvvetlere verdiği dinamik tepkiyi gösteren videoyu izleyin: 1. Titreşim Modu: 3.41 Hz, 2. Titreşim Modu: 22.7 Hz ve 3. Titreşim Modu: 24.25 Hz

Sonuç

Modal analiz, inşaat sektöründeki yapıların dinamik davranışını anlamak için önemli bir araç olduğunu kanıtlamaktadır. Bu metodoloji, doğal titreşim modlarını belirleyerek yapısal stabilitenin değerlendirilmesi, iyileştirme müdahalelerinin tasarlanması ve kamu güvenliğinin sağlanması için değerli bilgiler sağlar. Gelişmiş analitik ve veri toplama tekniklerinin sürekli geliştirilmesi, modal analizi altyapımızın yönetimini ve korunmasını desteklemede daha da etkili hale getirmeyi ve böylece daha güvenli ve daha dirençli bir dünyaya katkıda bulunmayı vaat etmektedir.

Doğru enstrümantasyon, modal analiz için kritik öneme sahiptir. Toplanan verilerin güvenilir olmasını ve yapının dinamik davranışını temsil etmesini sağlar. İvmeölçerler ve diğer sensörler en ince titreşim modellerini bile tespit edebilecek hassasiyette olmalıdır. Enstrümantasyon, ilgili titreşimleri yakalamak ve yapının sönümlemesini değerlendirmek için verileri uygun frekanslarda örneklemelidir.

Veriler teorik modeller veya sayısal simülasyonlarla karşılaştırılabilir ve doğrulanabilir olmalıdır. Yapıların dinamik davranışının kapsamlı ve güvenilir bir şekilde anlaşılması için yüksek kaliteli enstrümantasyona yatırım yapmak şarttır.

Referanslar

Sağlanan materyal için çok teşekkürler:

  • Müh. Gianfranco Fiondella (2MG S.r.l.)
  • Müh. Enrico Ruggiero (2MG S.r.l.)
  • Müh. Raffaele Mastroianni (Co.Ma.Te.C. S.r.l.)