İsveç’in Stockholm kentindeki teknik üniversite Kungliga Tekniska Högskolan’da (KTH) bir yaya köprüsü, bir karayolu ve bir demiryolunu kapsamaktadır. Yakın zamanda üniversite, köprünün dinamik özelliklerini incelemek, analiz etmek ve izlemek için Strusoft ve Dewesoft adlı iki şirketle işbirliği yaptı. Toplanan veriler, öğrencilerin köprülerin yapısal dinamik özelliklerini nasıl değerlendireceklerini ve modellere nasıl ince ayar yapacaklarını öğrenmelerine yardımcı olacak.
Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Kraliyet Teknoloji Enstitüsü İsveç’in en büyük teknik üniversitesidir. KTH’nin İnşaat ve Mimari Mühendislik Bölümü’ndeki Yapı Mühendisliği ve Köprüler bölümü bu köprü izleme projesini geliştirdi. Profesör Raeid Karoumi, Eylül 2023’te başlayan ve temel hedefi açık kaynaklı bir köprü veri tabanı oluşturmak olan ortak projeye başkanlık ediyor.
Geleceğin doktora öğrencileri bu verileri kullanarak EMA/OMA’nın nasıl yapılacağını ve matematiksel FE (Sonlu Elemanlar) modellerinin gerçek hayat verileri üzerinde nasıl kalibre edileceğini öğrenebilirler. Farklı koşulların ve yüklerin köprünün dinamik performansını nasıl etkilediğini ve köprü sağlığının nasıl değerlendirileceğini ve bakımın nasıl planlanacağını deneyimleyebilirler.
Ortak projede Strusoft ve Dewesoft yer alıyor. Strusoft bir İsveç yazılım şirketidir. Mühendislerin binaları ve diğer yapıları analiz etmesine, tasarlamasına, üretmesine ve monte etmesine yardımcı olmak için yapısal tasarım yazılımı geliştiriyorlar. Dewesoft ise Slovenya’da sensörler, yazılımlı veri toplama cihazları ve veri tabanları gibi izleme araçları sağlayıcısıdır.
Proje kapsamında KTH, kurulum ve veri yorumlamasını sağlarken Strusoft, köprü FEM’ini oluşturmak için kullanılan yazılımı teslim etmiştir. Dewesoft, ivmeölçerler, sıcaklık sensörleri, veri toplama, çekiç testi gerçekleştirmek için IEPE girişi ve Deneysel Modal Analiz (EMA) ve Operasyonel Modal Analiz (OMA) dahil olmak üzere analiz yazılımı sağladı.
İnşaat mühendisi Daniel Colmenares Herrera, doktora derecesiyle KTH kısmından sorumluyken, inşaat mühendisliği ve şehir planlama alanında yüksek lisans derecesine sahip Shaho Ruhani, Strusoft kısmından sorumluydu. Dewesoft tarafı ise izleme iş geliştiricisi Rok Mesar ve İsveç ülke müdürü Tobias Ljunggren tarafından idare edildi.
Köprü İzleme
KTH’nin iki açıklıklı köprüsü Albano bölgesinde yayalar için güvenli geçiş sağlamaktadır. Köprü, bir taşıt yolu ve tren hatları üzerinden geçerek KTH kampüsü ile Stockholm şehrini birbirine bağlamaktadır.
Yapı, Stockholm şehrinin oldukça kalabalık bir bölgesi olan KTH üniversite kampüsünde yer aldığından, konfor kriterleri daha ağırdır. Köprünün dinamik performansının değerlendirilmesi önemli bir görev haline gelmektedir.
Köprü, 6 Hz’in altında birkaç doğal frekans sunmaktadır. Bu tür köprüler, insan kaynaklı yüklere maruz kaldığında zayıf dinamik davranış gösterebilir ve muhtemelen hizmet verilebilirlik sınır durumunu aşabilir.
Ayrıca, köprü kış ve yaz hava koşulları için farklı dinamik özellikler (frekanslar ve sönümleme) gösterebilir. Operasyonel ve rezonansa yakın koşullarda dinamik bir değerlendirme yapmak, bakım konusunda mühendislik karar verme sürecini iyileştirir.
İzleme, KTH’nin sistemin dinamik özelliklerini, frekansları, sönümlemeyi ve mod şekillerini güvenilir bir şekilde belirlemesine olanak tanır. Bu özellikler, farklı hava koşulları için eksiksiz bir Sonlu Elemanlar (FE) modelinin kalibre edilmesini sağlar. Üniversite, sistemin doğal özelliklerini izleyebilir ve köprünün durumuna ilişkin daha gerçekçi değerlendirmeler yapmak için bunları zaman içinde karşılaştırabilir. Sonuç olarak, mühendisler köprü hasarlarını tespit edebilir ve bakım konusunda erken aşamada rasyonel kararlar verebilir.
KTH Köprüsü
KTH’deki yaya köprüsü, şekilde gösterildiği gibi sürekli 2 açıklıklı ardgermeli beton kirişten oluşmaktadır. Açıklıkların her biri 34,75 m olup, ortada 9 m uzunluğunda bir kolon desteği bulunmaktadır. Köprü tabliyesinin her iki açıklığın sonunda desteği vardır.
Köprü tabliyesinin enine kesiti şekilde gösterildiği gibi değişmektedir. Şekilde, kesit ataletinin ve alanının değişimini göstermektedir. Köprü tabliyesi K45 sınıfı betondan ve destek kolonu K40 betondan oluşmaktadır. Ardgermeli kabloların etkisini incelenmedi.
Tahmini Özdeğer analizi
Köprünün dinamik özellikleri matematiksel formüller kullanarak tahmin edildi. Köprünün uzunlamasına modu için, destek kolonunun üst kısmındaki kütleler toplandı. Kolonun modal kütlesini eşdeğer Lumped SDOF (Toplu Tek Serbestlik Derecesi) sistemine dahil edildi (kolon kütlesinin %24,24’ü). Aşağıdaki tablodaki sonuçlara bakınız.
İlk eğilme modu için, destek kolonunun 2 açıklıklı kiriş sistemine uygun bir pim desteği gibi davranacağı varsayıldı. Bu durumda ilk eğilme modunu tam sinüs fonksiyonu olarak tahmin edilebilir (basit destekli kiriş sisteminin ikinci eğilme modu).
| L_b [m] | 69.5 |
| E_b [Pa] | 3.40E+10 |
| (varsayılan) I_b [m^4] | 0.3 |
| L_c (serbest uzunluk) [m] | 7 |
| m_b [kg] | 440160 |
| m_c [kg] | 31104 |
| 24,24 % m_c [kg] | 7539.6096 |
| E_c [Pa] | 3.30E+10 |
| I_c [m^4] | 0.0768 |
| k_c | 3 E_c I_c / L_c^3 |
| f1_uzunluk [Hz] | 1.12 |
| f1_eğilme [Hz] | 1.65 |
Önceki Ölçüm Testlerinden Elde Edilen Sonuçlar
Tabloda, sonbahar hava koşullarında (15,4°C) gerçekleştirilen ölçüm kampanyasının sonuçlarını göstermektedir. Bu sonuçları kış havasında (-5°C) gerçekleştirilen yeni ölçüm kampanyası ile karşılaştıracağız.
| MODE | DOĞAL FREKANS [HZ] | SÖNÜMLEME [%] |
| 1 (Eğilme) | 1.77 | 1.4 |
| 2 (Eğilme) | 2.68 | 1.1 |
| 3 (Yanal) | 2.81 | 0.6 |
| 4 (Eğilme) | 5.61 | 1.1 |
| 5 (Yanal) | 5.37 | 0.7 |
| 6 (Eğilme) | 7.27 | 2.5 |
Ölçüm İzleme Kurulumu
Saha ölçümleri, farklı yükleme senaryolarına bağlı olarak dinamik özellikleri ve dinamik tepkiyi ölçmek ve incelemek için gerçekleştirilmiştir. Sistemin beklenen dinamik özellikleri hakkında kalibre edilmiş bir fikir edinmek için sensörleri köprü tabliyesi boyunca bir FE modelini takip ederek yerleştirildi.
Sistemin boylamsal, yanal ve dikey davranışını ele almak için köprü tabliyesinin her iki tarafına eşit olarak 18 adet üç eksenli ivmeölçer dağıttıldı. Köprünün dikey destek kolonunda bulunan iki üç eksenli ivmeölçer, dinamik davranışını ve küresel sistemdeki rolünü içerir ve değerlendirir.
Tren kaynaklı potansiyel titreşimi değerlendirmek ve olası zemin-yapı etkileşimi (SSI) etkisi için modeli kalibre etmek amacıyla her bir dayanağa bir adet üç eksenli ivmeölçer yerleştirilmiştir. Aşağıdaki şekillerde ölçüm planının bir şeması ve köprünün enstrümantasyon düzeni gösterilmektedir. Seçilen ivmeölçer sayısı ve bunların dağılımı, yüksek dereceli titreşim modları için uzamsal örtüşmenin önlenmesini kolaylaştırmaktadır.
İlk deneysel kampanyamızda F1 ve F2 konumlarında bir çekiç testi gerçekleştirilmiştir. Frekans tepki fonksiyonu (FRF) tahmincisinin tutarlılık fonksiyonunu iyileştirmek için darbe ve tepki sinyaline sırasıyla bir kuvvet ve üstel bir pencere uygulandı.
FRF’leri, H1 tahmin edicisini takip ederek girişin otomatik güç spektral yoğunluğunu ve giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki çapraz güç spektral yoğunluğunu hesaplayarak tahmin ettik. FRF’lerin kalitesini artırmak için birkaç darbe çekici ile vuruş sonuçlarının ortalaması alındı.
Ölçülen verilere dijital sinyal işleme uygulandı. Çekiç testi için sinyalleri (0,1 ila 25 Hz) işlemek üzere sıfır fazlı bir bant geçiren filtre kullanıldı. Kuvvet ve üstel pencereler, kaydedilen sinyallerin nedenselliğini tutarlı bir şekilde iyileştirerek tutarlılık fonksiyonunu geliştirdi.
Bu şekilde, çift çınlama en aza indirildi ve verilerdeki doğal gürültüler azaltıldı. Üstel pencere yapay sönümleme eklediğinden, uygun sönümleme oranı tahmincisini elde etmek için bir düzeltme faktörü uygulanmıştır.
İzleme Enstrümantasyonu
IOLITEiw-3xMEMS-ACC, entegre DAQ ve EtherCAT arayüzüne sahip 3 eksenli, düşük gürültülü (25 μg√Hz spektral gürültü yoğunluğu) bir ivmeölçerdir. Tamamen su geçirmezdir ve IP67 ile korunmaktadır. Cihaz, X, Y ve Z’deki yapısal ivmelerin yanı sıra statik eğimleri ve yer değiştirmeleri de ölçebilir.
IOLITEiw-3xMEMS-ACC-T, harici dijital sıcaklık sensörü, entegre DAQ ve EtherCAT arayüzüne sahip 3 eksenli, düşük gürültülü (25 μg√Hz spektral gürültü yoğunluğu) bir ivmeölçerdir. Cihaz IP67 koruması ile tamamen su geçirmezdir. Cihaz, X, Y ve Z’deki yapısal ivmelerin yanı sıra statik eğimleri ve yer değiştirmeleri de ölçebilir.
IOLITE-1xACC, IEPE sensörleri için yüksek kaliteli bir sinyal düzenleyicidir. Bu durumda, Dytran darbe çekicinden gelen verileri okumak için kullandık.
Dytran 5803A, daha büyük yapıları uyarmak için tanımlanabilir bir itme kuvvetine sahip bir IEPE Darbe Çekicidir ve dinamik davranışlarının incelenmesini sağlar.
Kurulum
28 Kasım 2023’te, -5°C’ye kadar düşen sıcaklıklar ve kar yağışı gibi zorlu hava koşullarında sistemin kurulumunu gerçekleştirdik.
İvmeölçerleri köprünün üzerine yerleştirmek için özel olarak tasarlanmış sağlam montaj braketleri kullandık. Süreci hızlandırmak için önceden iki özel montaj braketi tipi tasarladık. Bu braketler, vidalama veya yapıştırma olmadan cihazın zahmetsizce yerleştirilmesine yardımcı oldu.
Özel bir silika bazlı yapıştırıcı, kolonlara monte edilen üniteleri güvenli bir şekilde yapıştırdı.
İzleme Yazılımı
Çözüm, çeşitli yazılım ürünlerinin bir kombinasyonudur:
DewesoftX veri toplama yazılımı: Veri kaydı, sinyal işleme ve analizi ve veri görselleştirme için test ve ölçüm toplama yazılımı.
Dewesoft Historian: InfluxDB zaman serisi veritabanında depolama dahil olmak üzere uzun vadeli ve kalıcı izleme için yazılım hizmeti.
Dewesoft Artemis OMA: Yapıların, çalışan makinelerin ve kontrollü bir şekilde uyarılması zor olan herhangi bir yapının yapısal dinamiklerini analiz etmek için bir yazılım paketi. Mod şekilleri, doğal frekanslar ve sönümleme oranları gibi modal parametreler, yalnızca çıkış yanıtı verileri alınarak çalışan yapılar için belirlenebilir.
Dewesoft Modal Test ve Modal Analiz: İnşaat mühendisliği yapılarının, çalışan makinelerin ve bir çekiç veya sarsıcı kullanılarak kontrollü bir şekilde yapay olarak uyarılan herhangi bir yapının yapısal dinamik analizi için bir yazılım paketi. Mod şekilleri, doğal frekanslar ve sönümleme oranları gibi modal parametreler, girdi/uyarma ve çıktı/tepki verilerini elde eden işletim yapıları için belirlenebilir. Yazılım Deneysel Modal Test (EMA), Operasyonel Sapma Şekilleri (ODS) ve Operasyonel Modal Analiz (OMA) özelliklerine sahiptir.
Strusoft FEM-Design: Tüm yapısal mühendislik gereksinimlerini destekleyen gelişmiş ve sezgisel bir yapısal analiz yazılımı. Yazılım, beton, çelik, ahşap, kompozit, duvar ve temel yapılarının 3D modelleme, tasarım ve sonlu eleman analizini (FEA) içerir. Tüm hesaplamalar, bazı özel Ulusal eklerle birlikte Eurocode standartlarını takip eder.
Ölçüm kurulumu – OMA (operasyonel modal analiz)
İvmeleri analiz etmek için Dewesoft Artemis OMA yazılımına sahip bir sistem, endüstriyel PC, DewesoftX yazılımı, UPS, PWIN ve güç kaynağı içeren bir IP65 kabini ve düşük gürültü yoğunluklu kapasitif üç eksenli MEMS sensörleri.
IOLITEiw-3xMEMS-ACC EtherCAT cihazı bu ivmeölçerlere sahiptir. Sıcaklık ve ivmenin ölçülmesi gereken yerlerde, ivmeölçere ek olarak bir sıcaklık sensörü de içeren IOLITEiw-3xMEMS-ACC-T’yi kurduk. IOLITE 3xMEMS cihazının içindeki bir mikroişlemci, örnekleri Windows veya herhangi bir EtherCAT ana denetleyicisinde çalışan DewesoftX yazılımına iletir.
Verileri 200 S/s örnekleme hızında elde ettik ve 4 saatlik bir DXD dosyasında sakladık. Daha sonra bu dosyayı analiz için Dewesoft Artemis OMA’ya aktardık.
OMA adımları
Veri toplama, geometri ve serbestlik derecesi (DOF) ataması için DewesoftX yazılımını kullandık. DewesoftX, geometri aktarımı için bir UNF dosya formatı ve veriler için Dewesoft-Artemis OMA’ya aktardığımız bir DXD dosyası oluşturdu.
Verilerin analizi/hazırlanması bölümünde, 20Hz’e dekimasyonu seçtik ve EFDD (Enhanced Frequency Domain Decomposition) yöntemini kullandık.
OMA sonuçları
Köprü doğal frekanslarını, sönümleme oranlarını ve mod şekillerini çıkarmak için bir Operasyonel Modal Analiz gerçekleştirdik.
| MODE | DOĞAL FREKANS [HZ] | SÖNÜMLEME [%] |
| 1 (Eğilme) | 2.22 | 2.1 |
| 2 (Eğilme) | 3.03 | 2.2 |
| 3 (Yanal) | 6.09 | 0.9 |
| 4 (Eğilme) | 6.97 | 0.8 |
| 5 (Yanal) | 8.32 | 0.8 |
| 6 (Eğilme) | 11.39 | 2.1 |
Ölçüm Kurulumu – EMA (deneysel modal analiz)
Yapay uyarım için bir IEPE darbe çekici Dytran 5803A’yı uyguladık. Yapıyı uyarmak için F1 ve F2 olmak üzere iki nokta belirlendi.
Sistemde Dewesoft Modal Test ve Modal Analiz yazılımı, endüstriyel bilgisayarlı bir IP65 kabin, DewesoftX yazılımı, UPS, PWIN, güç kaynağı, düşük gürültü yoğunluklu kapasitif üç eksenli MEMS sensörleri ve bir modal darbe çekici bulunuyordu.
EMA Adımları
Dewesoft Modal Test modülünde, yapıyı birden fazla noktada uyarmamızı sağlayan Darbe Çekiçi uyarımı ve Gezer Çekiç seçeneğini seçtik. Ayrıca, bir bloğun hesaplanması için zaman alanı veri bloğunun boyutunu belirlemek üzere doğru frekans çözünürlüğünü tanımlamamız gerekiyordu. MT modülünden elde edilen ana sonuçlar frekans tepki fonksiyonu – FRF ve tutarlılık fonksiyonudur.
Köprü ölçüm planına göre, yapıyı iki noktadan uyarmamız gerekiyordu, bu nedenle Darbe Çekici testi için iki uyarma kanalı (nr. 23 ve nr. 24) oluşturduk. Tetikleme seviyesi 50N olarak ayarlandı, yani yazılım bu seviyenin altındaki darbeleri tanımıyor. Ayrıca uyarma kanallarının yönünü ve oryantasyonunu da belirlememiz gerekiyordu.
Üç eksenli ivmeölçerlerle 22 noktadaki tepkileri ölçtük ve üç yönde 22 nokta olmak üzere 66 tepki kanalı oluşturduk. Düğüm kimliklerinin, yönlerin ve oryantasyonun her konum için uygun şekilde tanımlanması gerekir.
KTH köprü geometrisini Geometri Düzenleyicisinde tasarladık. Nesneleri tanımlayarak ve birleştirerek, UNV dosyalarını içe aktararak veya her koordinat noktasını ayrı ayrı konumlandırarak geometriler oluşturabilirsiniz.
Frekans seçerek elde edilen FRF’lere dayalı olarak yapı geometrisini canlandırabiliriz.
Ölçülen verilerden modal parametreleri çıkarmak için Modal analiz modülünü kullandık. Hesaplama için tüm FRF’leri kullanabildik ve modal analiz kurulumunda bant genişliğini ve polinom bağlantılarının maksimum mertebesini tanımladık.
Stabilizasyon diyagramındaki kararlı kutupları manuel olarak seçerek mod şekillerini hesaplayabiliriz.
EMA Sonuçları
| MODE (ID) | SÖNÜMLENMIŞ FREKANSLAR (HZ) | SÖNÜMLEME ORANLARI (%) |
| 1 | 2.25 | 0.861 |
| 2 | 3.10 | 0.956 |
| 3 | 6.96 | 0.923 |
| 4 | 8.30 | 1.315 |
| 5 | 13.91 | 1.225 |
| 6 | 15.83 | 1.393 |
Çekiç ile gerçekleştirilen testte dikey yönde gerçekleştirilirken yanal modlar girdi olarak tanımlanmamıştır. Bu nedenle, dikey ve burulma modları etkinleştirilmiştir.
Sonlu Elemanlar Modellemesi
FE modeli bize sistemle ilişkili belirsizlik hakkında bir fikir verdi. Sıcaklık değişimlerinin etkisini ve bunların sistemin dinamik özellikleri üzerindeki etkilerini inceledik.
İncelenen dört boyut şunlardır:
- Betonun elastik modülündeki değişimler,
- Elastik sınır koşullarının etkisi,
- Asfalt tabakasının mekanik özelliklerinin etkisi ve
- Genleşme derzinin sistem özellikleri üzerindeki etkisi.
Bu durumda iki model oluşturduk:
- Kabuk tabanlı model (mühendislik modeli).
- Katı model (araştırma modeli).
Mühendislik modelimiz için, köprü tabliyesini ve kolonu ortalama 0,1 m ağ boyutuna sahip 9 kodlu 3B kabuk elemanlarla (Mindlin-Reissner elemanları) modelledik. Kenar kirişlerini 20 bölme sayısına sahip 2 kodlu 3B kiriş elemanlarla (Timoshenko) modelledik. FE modeline öngerilmeli beton etkisini dahil etmedik.
Korkulukları dikkate almadan seçilen ağın yakınsamasını araştırmak için sistemin doğal frekanslarıyla ilgili bir yakınsama analizi gerçekleştirdik.
Beton malzeme özellik belirsizliğinin sistemin dinamik özellikleri üzerindeki etkisini anlamak için mühendislik tabanlı modeli kullandık. Makaralı rulmanlar, mesnetlerdeki sürtünme nedeniyle çalışma koşullarında aktif olmayabileceğinden, sınır koşullarının yapı üzerindeki etkisiyle kombinasyonuna odaklandık.
Beton malzemenin elastik modülünün ve sınır koşullarının (- silindir-silindir ve – pim-pim) bir fonksiyonu olarak sistemin doğal frekanslarının parametrik analiz sonuçlarını şekilde görebiliyoruz.
Araştırma modelini, başlangıç ağ boyutu 0,6 m olan 10 düğümlü ikinci dereceden dörtyüzlü eleman kullanarak oluşturduk. Köprü tabliyesinden dayanağa (KTH tarafı) kadar dört metre uzanan çelik korkuluklar için, başlangıç ağ boyutu 0,2 m olan 3B Euler-Bernoulli kiriş elemanları kullandık. Son olarak, asfalt tabakası köprü tabliyesi üzerinde 75 mm’lik sabit bir kalınlığa sahiptir ve köprü tabliyesinden sonra süreklilik göstermez. Modelin bir resmini aşağıdaki şekilde görebilirsiniz.
Modelin üç yönünü değerlendirdik:
- Sınır koşullarının etkisi.
- Asfaltın malzeme özelliklerinin etkisi.
- Genleşme derzinin etkisi.
Köprünün çalışma koşullarında yatak desteğindeki sürtünmeyi hesaba katmak için köprünün uzunlamasına yönünde doğrusal bir yay varsayarak sınırın etkisini dikkate aldık. Sonuçlar aşağıdaki şekilde yer almaktadır.
Köprünün doğal frekansları, yay sertliği K_b değiştirildiğinde değişir ve sistemin dinamik özelliklerini seçilen parametrelerin bir fonksiyonu olarak ortaya çıkarır. Aşağıdaki şekilde tam 3D kullanarak sistemin mod şekillerini görün.
Asfalt tabakasının etkisi, köprü üzerindeki asfalt tabakasının mekanik özelliklerinin sıcaklığın bir fonksiyonu olarak değiştirilmesiyle yakalanır. Aşağıdaki tabloda sıcak ve soğuk koşullarda asfalt tabakasının tahmini malzeme özelliklerine bakınız.
| T (°C) | V (-) | P (KG/M^3) | E (GPA) |
| 40 | 0.40 | 2450 | 1 |
| 0 | 0.20 | 2450 | 17 |
Bu nedenle, FE modeli üzerindeki asfalt tabakasının özelliklerini değiştirerek sistemin dinamik özelliklerini hesapladık. Şekilde, asfalt tabakasının elastik modülünün bir fonksiyonu olarak sistemin doğal frekanslarının parametrik analiz sonuçlarını göstermektedir.
Asfalt tabakasının etkisinin, sistemin taşıyıcı desteklerinin yatak sertliği kadar belirgin olmadığını görebildik. Genleşme derzlerinin sistemin dinamik özellikleri üzerindeki etkisini ölçtük. Köprü uçlarını, 4,35 m (köprünün genişliği) uzunluğundaki genleşme derzi geometrisini takip eden ilgili dayanaklara bağlayan doğrusal bir yay olduğunu varsaydık.
Genleşme derzinin elastik yay sertliğinin bir fonksiyonu olarak sistemin doğal frekanslarının parametrik analizinin sonuçlarını aşağıdaki şekilde görebilirsiniz. Genleşme derzleri sistemin en çok birinci ve beşinci titreşim modlarını etkilemektedir.
Sonuç Karşılaştırması
Aşağıdaki şekilde sonbahar ve kış hava koşullarının ardından sistemin doğal frekanslarında meydana gelen değişiklikleri görebilirsiniz.
Mevsimsel sıcaklık etkisinin sistemin doğal frekansları çizgisini nasıl yukarı kaydırdığını ve daha sert bir yapıya yol açtığını gördük. Ayrıca, daha önce bahsedilen unsurların etkisi de köprünün doğal frekanslarını etkilemektedir. Aşağıdaki şekilde asfalt özellikleri, genleşme derzi ve taşıyıcı yay sertliği ile sıcaklık etkisinden kaynaklanan değişiklikleri hesaba katan değişim aralıklarını görün.
Son olarak, sonbahar ve kış hava koşullarında sistemin değişen sönümleme oranını ölçtük, aşağıdaki şekilde sonuçları inceleyebilirsiniz.
Sonuçlar
Ölçümlerin yapılmasının neden gerekli olduğunu ortaya koyduk. Aksi takdirde, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak modal oranın net bir eğilimini tanımlamak mümkün değildir.
Sıcaklık etkileri nedeniyle sistemin doğal frekanslarında meydana gelen değişikliklerin büyüklüğünü açıklayabiliriz. Bu, asfalt tabakası özelliklerindeki, genleşme derzi sertliğindeki ve taşıyıcı desteklerdeki yay sertliğindeki değişikliklerin ağırlıklı bir toplamıdır. Bu şekilde, tüm sistem duyarlılık analizini sunabiliriz. Gelecekteki çalışmalar için, fizik temelli bir yaklaşım izleyerek sistemin belirsizliklerini tam olarak ölçmek için FE modelinin tam kalibrasyonunu yapabiliriz.
Sonuçlar, hava koşullarının sistemin dinamik davranışı üzerinde nasıl önemli bir etkiye sahip olabileceğini göstermektedir. Vakamız, altyapılar üzerinde ölçüm kamplarıyla desteklenen daha güvenilir modellere duyulan ihtiyacı ortaya koymaktadır. Yapısal sistemlerin izlenmesi erken aşamadaki hasarların tespit edilmesine yardımcı olabilir. Ayrıca, inşa edilen sistemin gerçek özelliklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir ve köprü yönetim sistemlerinin tasarımını iyileştirmek için FE modellerini kalibre edebilir.
Mühendislik modu ve tam 3D model ile ilgili bir karşılaştırma yaptık. Modelleri kalibre etmek için çözümün tekliği sorununu ve ilgili sınırlamalarını ortaya çıkardık. FE modellerini geliştirmek ve daha fazla kalibre etmek için daha fazla ölçüme ihtiyacımız olabilir. Örneğin, yatak yer değiştirmelerinin izlenmesi modellere değerli sistem bilgileri ekler.
Bu çalışmanın değeri şurada yatıyor:
- Hava koşullarının sistemin dinamik davranışı üzerindeki önemli etkisinin gösterilmesi,
- Hem mühendislik hem de araştırma bağlamında FE-modelleri üzerinde ortaya çıkabilecek belirsizlikler ve
- İzleme, sistemin performansının değerlendirilmesinde ve köprü yönetim sistemlerine yönelik mevcut mühendislik uygulamalarının iyileştirilmesinde büyük önem taşımaktadır.