Çok katlı yapılarda robotik lazer tarayıcı sistemlerle yapısal sağlık takibi

Abstract

Bu çalışmada çok katlı bina, köprü vb. yapıların anlık sağlık durumlarının takibinde kullanılmak amacıyla uzaktan algılama ve temassız ölçüm tekniklerine dayalı, programlanabilir robotik bir tarayıcı sistem geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Önerilen sistem, ölçüm tekniği olarak lazer Doppler interferometri kullanılacağı için test edilen yapılar üzerine herhangi bir sensör yerleştirilmesine ihtiyaç duyulmadan her türlü yapıya kolaylıkla uygulanabilir. Yüksek hassasiyet ve çözünürlükte ölçüm alınabilmesi amacıyla, yüksek örnekleme frekansına sahip bir lazer Doppler titreşimölçer, yatay ve düşey eksenlerde bağımsız hareket edebilen motorize bir platform üzerine yerleştirilmiştir. Platforma eklenen kameralı görüntüleme sistemleri, geliştirilen kontrol algoritmaları ve arayüz yardımıyla, kullanıcının test ve ölçümler ile ilgili çeşitli parametreleri kişisel bilgisayarı üzerinden kontrol edebileceği bütünleşik bir yapı oluşturulmuştur. Geliştirilen tarayıcı sistem laboratuvarda kurulan küçük ölçekli çok katlı bina modelleri üzerinde test edilerek yapıların dinamik özelliklerinin yüksek doğruluk ve çözünürlükte çıkarılabildiği gösterilmiştir. Önerilen sistem birden fazla yapının düzenli bir şekilde taranmasına imkan sağlayacak şekilde programlanabilmektedir. Elde edilen titreşim verisinin analizi sonucunda yapının doğal frekanslarının, sönümleme oranlarının ve mod şekillerinin hızlı ve etkin bir şekilde hesaplanabildiği görülmüştür.

This study aims to develop a programmable robotic scanning system, which is based on remote sensing and non-contact measurement techniques, for structural health monitoring of multi-story buildings, bridges and similar structures. The proposed system is based on laser Doppler interferometry and can easily be applied to almost all kinds of structures without needing to install any sensors on the structure. In order to take measurements with high accuracy and spatial resolution, the utilized laser Doppler vibrometer is mounted on a motorized platform which can independently rotate about the horizontal and vertical axes. A unified monitoring system, which enables user to control several test parameters through a personal computer, was formed by means of the integrated camera imaging system, control algorithms and user interface. The developed scanning system was tested in the lab on small scale multi-story building models and it was demonstrated that the dynamic properties of the structure can be extracted with high accuracy and resolution. The proposed system can be programmed to scan several structures successively by using the same device. The analysis results show that natural frequencies, damping ratios and mode shapes of the test structures can be extracted in a fast and efficient way.