Badania przemysłowe

W tym podrozdziale przedstawiono wyniki badań uzyskane nowymi narzędziami programowymi zrealizowane dla trzech konstrukcji budowlanych, w celu zweryfikowania założeń metodyki badań degradacji konstrukcji budowlanych. Wyniki zostały zaprezen-towane jako elementy doskonalące planowanie i realizowanie badania weryfikującego skuteczność eksploatacyjnej analizy modalnej w badaniach destrukcji konstrukcji budow-lanych. Podstawowe miary oceny stanu degradacji zaprezentowano w postaci przebiegu funkcji cross-korelacji i uzyskanych dzięki niej diagramów stabilizacyjnych.

W czasie badań wygenerowano funkcje cross-korelacji pomiędzy punktem refe-rencyjnym (czujnik C1), którego umiejscowienie narzuca nam teoria związana z eks-ploatacyjną analizą modalną a 7 czujnikami rozmieszczonymi na konstrukcji. Dzięki wygenerowaniu funkcji wzajemnej gęstości wzajemnej (cross-power spectrum) w dal-szym etapie możliwe jest wygenerowanie z niej diagramów stabilizacyjnych i częstości drgań własnych. W tym przypadku można zauważyć różnice między dwoma rodzajami analizy modalnej. W eksperymentalnej analizie modalnej diagramy stabilizacyjne są generowane z przebiegu funkcji FRF (wymuszenie – odpowiedź), a w eksploatacyjnej (odpowiedź w punkcie referencyjnym do odpowiedzi w punktach mocowania czujni-ków).

Dla zobrazowania zmian w konstrukcji wykonano pomiary w kilku wariantach. Po pierwsze były to badania konstrukcji zdatnej i uszkodzonej (niezdatnej) bez ingerencji z zewnątrz, jak również wykonano badania porównawcze dla konstrukcji zdatnej i nie-zdatnej przy jednoczesnym wymuszeniu drgań poprzez rytmiczne wymuszenia drgań młotkiem modalnym (uderzanie w konstrukcję).

Poniżej przedstawiono na rysunkach 6.9–6.14 wyniki badań muru zabudowania wiejskiego w postaci wizualizacji diagramów stabilizacji odkształceń zachodzących w konstrukcji zdatnej i uszkodzonej.

Rys. 6.9. Funkcja cross-korelacji i diagram stabilizacji dla zdatnego muru ceglanego (EAM)

Rys. 6.10. Funkcja cross-korelacji i diagram stabilizacji dla uszkodzonego muru ceglanego (EAM)

Rys. 6.11. Diagram stabilizacji dla zdatnego muru ceglanego (OAM)

Rys. 6.12. Diagram stabilizacji dla uszkodzonego muru ceglanego (OAM)

Rys. 6.13. Diagram stabilizacji dla zdatnego muru z powtarzanymi wymuszeniami drgań

Rys. 6.14. Diagram stabilizacji dla uszkodzonego muru z powtarzanymi wymuszeniami drgań

Wyniki badań drganiowych budynku gospodarczego

Podobne badania stopnia degradacji ścian budynku gospodarczego przedstawiono na rysunkach 6.15–6.18 dla konstrukcji ściennej chlewni o wymiarach 1,50 x 1,50 m, gdzie na powierzchni badanej umieszczono 7 czujników pomiarowych i jeden referencyjny.

Rys. 6.15. Diagram stabilizacji – ściana bez uszkodzenia

Rys. 6.16. Diagram stabilizacji – ściana bez uszkodzenia z wymuszeniem okresowym drgań

Rys. 6.17. Diagram stabilizacji – ściana uszkodzona

Rys. 6.18. Diagram stabilizacji – ściana uszkodzona z wymuszeniem okresowym drgań Poniżej przedstawiono tabelaryczne zestawienie częstości drgań własnych wyge-nerowanych dla pomiarów istniejącej konstrukcji ściennej.

Tabela 1. Zestawienie częstości drgań własnych z badań konstrukcji muru ceglanego

WYMUSZENIA Element zdatny Element uszkodzony

z wymuszeniem EAM 865,612 Hz

1025,813 Hz 1060,857 Hz 1112,476 Hz 1121,607 Hz

bez wymuszenia OAM 0,777 Hz

2,289 Hz 4,446 Hz 15,417 Hz

z wymuszeniem OAM 0,805 HZ 0,772 Hz

14,043 Hz

Tabela 2. Zestawienie zbiorcze częstości drgań własnych budynku gospodarczego

WYMUSZENIA Element zdatny Element uszkodzony

bez wymuszenia OAM Brak

1,103 Hz 34,321 Hz 57,006 Hz 80,395 Hz z wymuszeniem OAM 1,008 Hz

24,891 Hz

33,725 Hz 78,091 Hz

Z przedstawionych wyników badań dla ściany ceglanej w budynku gospodarczym można przeprowadzić następujące wnioskowanie:

– wygenerowano częstości drgań własnych dla konstrukcji muru zdatnego poziomie poniżej 1 Hz, a dla uszkodzonego element muru możliwe było wygenerowanie kilku charakterystycznych częstości drgań własnych na poziomie 4,446 Hz, 15,417 Hz, 14,042 Hz. Można zauważyć, że dla konstrukcji zdatnej możliwe jest wygenerowa-nie tylko jednej częstości drgań własnych, a dla konstrukcji uszkodzonej można ich wygenerować co najmniej kilka (trzy, cztery),

– wygenerowano częstości drgań własnych dla uszkodzonej konstrukcji budynku gospodarczego na poziomie: 1,103 Hz, 34,321 Hz, 57,006 Hz, 80,395 Hz. Dla kon-strukcji bez uszkodzeń nie było możliwe wygenerowanie częstości drgań własnych.

Poniżej na kolejnych rysunkach przedstawiono wyniki badań ściany żelbetowej budynku wielokondygnacyjnego wraz z wizualizacją odkształceń – jako animacje drgań własnych wybranych częstości drgań.

Rys. 6.19. Wyniki badan dla ściany zdatnej bez wymuszeń

Rys. 6.20. Wyniki badań dla ściany bez uszkodzeń z wymuszeniami

Rys. 6.21. Wyniki badań dla ściany z dwiema rysami bez wymuszenia

Rys. 6.22. Wyniki badań dla ściany z dwiema rysami z wymuszeniem

Rys. 6.23. Wyniki badań dla ściany z jedną rysą bez wymuszenia

Rys. 6.24. Wyniki badań dla ściany z jedną rysą z wymuszeniem

Rys. 6.25. Wyniki badan dla ściany zdatnej bez wymuszeń

Z przedstawionych wyników badań dla ściany żelbetowej można wnioskować, iż częstości drgań własnych dla konstrukcji muru zdatnego zawierają się poniżej 1 Hz, a dla uszkodzonego muru możliwe było wygenerowanie kilku częstości drgań własnych na poziomie 4,446 Hz, 15,417 Hz, 14,042 Hz. Można zauważyć także, że dla konstruk-cji zdatnej możliwe jest wygenerowanie tylko jednej częstości drgań własnych, a dla konstrukcji uszkodzonej można ich wygenerować co najmniej trzy, cztery.

Wyżej przedstawiono wyniki dla konstrukcji ściennej o wymiarach 1,50 x 1,50 metra, zaś poniżej przedstawiono interesujące wyniki badań tylko dla powierzchni umieszczenia 7 czujników pomiarowych i jednego referencyjnego.

Rys. 6.26. Wyniki badan dla ściany zdatnej z wymuszeniem

Rys. 6.27. Wyniki badan dla ściany z dwiema rysami bez wymuszeń

Rys. 6.28. Wyniki badan dla ściany z dwiema rysami z wymuszeniem

Rys. 6.29. Wyniki badan dla ściany z jedną rysą bez wymuszenia

Rys. 6.30. Wyniki badan dla ściany z jedną rysą z wymuszeniem

Poniżej przedstawiono tabelaryczne zestawienie częstości drgań własnych wyge-nerowanych dla pomiarów istniejącej konstrukcji ściennej.

Tabela 3. Zestawienie zbiorcze wygenerowanych częstości drgań własnych

WYMUSZENIA Ściana zdatna 1 rysa 2 rysy

bez wymuszenia 71,388 Hz 39,999 Hz 29,831 Hz

bez wymuszenia 81,699 Hz 40,806 Hz 39,207 Hz

z wymuszeniem 43,526 Hz 41,271 Hz 70,844 Hz

z wymuszeniem 81,699 Hz 147,588 Hz 110,296 Hz

Przedstawione wyniki badań wskazują na fakt, iż istnieje możliwość rozróżniania degradacji właściwości materiałowych, co ma wpływ na możliwość rozróżniania ich zdolności wytrzymałościowych, tak istotnych dla bezpieczeństwa istnienia budynków i budowli. Badania również potwierdziły przydatność aparatury LMS do badań z wyko-rzystaniem eksploatacyjnej analizy modalnej wykonywanych na rzeczywistych kon-strukcjach budowlanych.

Z przedstawionych wyników badań dla ściany ceglanej oraz dla ściany żelbetowej można przeprowadzić następujące wnioskowanie wynikowe:

– możliwe jest określenie awarii budowlanej na podstawie częstości drgań własnych, – graficzne przedstawienie odkształceń spowodowanych oddziaływaniem danej częstości

drgań własnych również ukazuje różnice pomiędzy konstrukcją zdatną i uszkodzoną.