Degradacja stanu konstrukcji budowlanej

Wiedza na temat istoty fizycznej oraz technicznych aspektów procesów starzenia i zużycia materiałów i konstrukcji budowlanych jest niezbędna w rozwiązywaniu więk-szości zagadnień ich konstruowania, wytwarzania i eksploatacji. Pozwala ona na racjo-nalne konstruowanie, wybór odpowiedniej technologii wytwarzania oraz optymalizację właściwości eksploatacyjnych złożonych konstrukcji budowlanych. Budynki wznoszo-ne są z różwznoszo-nego rodzaju cegły ceramiczwznoszo-nej i silikatowej, pustaków drążonych, porowa-tych, bloczków z betonu komórkowego, zaprawy cementowej i ceramiczno-wapiennej z różnymi dodatkami.

Procesy starzenia i zużycia są nieodłącznie związane z istnieniem obiektów bu-dowlanych, wpływając destrukcyjnie na ich stan techniczny i prowadząc nieuchronnie do dających się obserwować uszkodzeń. Łączne oddziaływanie tych form degradacji struktury obiektu prowadzi do rozwoju uszkodzeń, prowadzących do przerwania po-prawności funkcjonowania konstrukcji, a nawet utraty fizycznej spoistości obiektu.

Znajomość podstaw fizycznych zjawisk starzeniowych i zużyciowych ułatwia po-znanie i opis generowanych objawów degradacji materiałów i konstrukcji budowlanych, umożliwiających śledzenie zmian stanu ich degradacji i przewidywanie uszkodzeń, co warunkuje skuteczność stosowanych coraz częściej w sektorze budownictwa metod i środków badań nieniszczących oraz diagnostyki technicznej.

Współmierne oddziaływanie destrukcyjne starzenia fizycznego i zużycia na mate-riały i konstrukcje budowlane w warunkach losowych obciążeń podczas ich istnienia prowadzą do złożonego sposobu opisu identyfikacji stanu degradacji elementów i obiektów oraz warunkują podejmowanie decyzji w kategoriach prawdopodobieństw.

Przez zużycie elementu konstrukcji budowlanej rozumie się trwałe, niepożądane zmiany jego stanu, występujące w czasie eksploatacji, w wyniku których potencjał użytkowy elementu stopniowo się wyczerpuje. Przez stan elementu należy rozumieć jego stan fizykalny, określony dwoma grupami parametrów:

• parametry stereometryczne (kształt, wymiary, chropowatość powierzchni czyn-nych, kierunkowość śladów obróbki, rysy, pęknięcia, wżery, wgniecenia, itp.),

• parametry fizykalne (skład chemiczny, strukturę, rozkład naprężeń, zmiany twar-dości, rozkład dyslokacji w sieci krystalicznej, własności mechaniczne, itp.).

Pomimo tego, że procesy starzenia i zużyć są często rozpatrywane łącznie i są trudne do jednoznacznego rozdzielenia, w tej książce te procesy destrukcyjne potrakto-wano, z punktu widzenia metodyki, rozłącznie.

FIZYCZNE STARZENIE ELEMENTÓW I KONSTRUKCJI

Starzeniem fizycznym nazywa się procesy fizyczne zachodzące w elementach i mate-riałach konstrukcji budowlanych na skutek wymuszeń wewnętrznych i zewnętrznych, powodujących nieodwracalne zmiany własności użytkowych. Procesy starzenia wystę-pują z chwilą zakończenia produkcji i działają na obiekt w całym procesie jego istnie-nia, od wytworzenia do likwidacji. Rozróżnia się starzenie fizyczne i moralne, przy czym głównie szkodliwe dla obiektów budowlanych jest starzenie fizyczne. Starzenie moralne to starzenie ekonomiczne i technologiczne na skutek postępu technicznego, gdzie materiały i konstrukcje stają się przestarzałymi, ogólnie z mniejszą jakością pro-dukcji.

Procesy starzenia zależą od szeregu czynników i oddziaływań zewnętrznych i we-wnętrznych. Do czynników zewnętrznych zaliczyć można: wpływ atmosfery, natural-nego podłoża, współpracujących obiektów itp., natomiast do czynników wewnętrznych należą: procesy mechaniczne, mechaniczno-fizyczne i mechaniczno-chemiczne, wystę-pujące w trakcie istnienia budowli lub przechowywania materiałów budowlanych [1,12,30,38,54,69].

Starzenie fizyczne obiektów zależy od:

• czynników atmosferycznych, opady atmosferyczne i opary, ruch powietrza, zanie-czyszczenia, pyły i gazy przemysłowe, aktywność chemiczna i wilgotność atmosfe-ry, nagrzanie słoneczne i przemysłowe oraz ciśnienie barometryczne,

• czynników naturalnego podłoża ziemskiego lub roboczego, pole magnetyczne, gęstość, spoistość podłoża, ukształtowanie warstwy wierzchniej podłoża, wilgotność i rodzaj gruntu, aktywność chemiczna podłoża, temperatura podłoża.

Ogólny podział czynników starzeniowych schematycznie przedstawiono na rysun-ku 3.5. Przedstawione czynniki starzenia fizycznego prowadzą do uszkodzeń starzenio-wych, polegających na stopniowej utracie własności fizycznych przez tworzywo ele-mentu (konstrukcji) na skutek destrukcyjnego oddziaływania środowiska oraz zmian zachodzących w samym tworzywie elementu [47].

Uszkodzenia powodowane przez czynniki klimatyczne można podzielić następują-co:

a) cieplne starzenie materiału, powodujące utratę własności fizycznych lub mechanicz-nych,

b) rozmiękczenie materiału przy wysokich temperaturach, powodujące utratę sztywno-ści lub całkowite uszkodzenie niektórych elementów nieodpornych na ciepło, c) utratę lepkości w wysokich temperaturach powodującą wycieki materiałów, d) przejście w stan kruchy niektórych materiałów pod wpływem niskich temperatur, e) strukturalne zniszczenia przy dużym ciśnieniu atmosferycznym powodujące

uszko-dzenia,

f) pękanie osłon hermetyzujących lub izolujących wskutek zmian ciśnienia, g) przenikanie cząstek wody lub pary poprzez różne pokrycia,

h) skutki korozji w zakresie zniszczeń mechaniczno-chemicznych, i) zasychanie, prowadzące do mechanicznego uszkodzenia materiału, j) mechaniczne zniszczenia pod wpływem opadów, wiatru itp.

Rys. 3.5. Zewnętrzne czynniki starzeniowe elementów i konstrukcji budowlanych Uszkodzenia elementów i całych fragmentów budowli pod wpływem oddziaływa-nia nadmiernej temperatury następują przeważnie przy przekraczaniu granicznej tempe-ratury roboczej, powodując zmiany własności użytych materiałów lub przyśpieszają-cych ich starzenie.

ZUŻYWANIE SIĘ ELEMENTÓW I KONSTRUKCJI

Zużyciem nazywamy proces stopniowego niszczenia materiałów i konstrukcji bu-dowlanych pod wpływem czynników fizyko-chemicznych, rodzaju obciążeń i czasu istnienia budowli, w całym okresie eksploatacji.

Podstawowe rodzaje zużycia (rys. 3.6) obejmują: zużycie ścierne, adhezyjne, zmę-czeniowe, przez utlenianie i cierno-korozyjne.

Rys. 3.6. Klasyfikacja zużyć ze względu na dominujący proces elementarny

Sam mechanizm przebiegu i opisu rozwoju tych zużyć jest stosunkowo trudny i stanowi przedmiot wielu badań. Przykładowo, różnorodność warunków rozwoju koro-zji w konstrukcjach budowlanych sprawia, że wyróżnia się następujące rodzaje korokoro-zji:

korozja gazowa, korozja glebowa, korozja atmosferyczna, elektrokorozja, korozja kon-taktowa, korozja naprężeniowa, korozja kawitacyjna, erozja korozyjna, korozja biolo-giczna [16,28].

Występujący w elementach i konstrukcjach rodzaj niszczenia jest zależny od wielu czynników, które można podzielić na:

a) geometryczne (kształt, chropowatość, błędy kształtu itp.),

b) dynamiczne (rodzaj obciążenia, siła obciążająca, nacisk jednostkowy itp.), c) materiałowe (materiał warstwy wierzchniej, jakość smarowania itp.), d) środowiskowe (wilgotność, powinowactwo chemiczne itp.),

e) cieplne (temperatura, odprowadzenie ciepła itp.).

Można więc dokonać podziału rodzajów zużyć w następujący sposób:

• zużycie ścierne: bez warstwy ściernej, z warstwą ścierną, w ośrodku sypkim,

• zużycie adhezyjne: bez głębokiego wyrywania i z głębokim wyrywaniem,

• zużycie plastyczne: w warstwie wierzchniej i w całej masie,

• zużycie zmęczeniowe: normalne, pitting, spaling, fretting,

• zużycie korozyjne: metali i niemetali,

• zużycie erozyjne: hydro-erozja, erozja gazowa, elektroerozja,

• zużycie kawitacyjne: kawitacja przepływowa, kawitacja falowa,

• zużycie cieplne : metali, niemetali.

Rozwój procesów zużyciowych w elementach i konstrukcjach budowlanych wy-woływanych różnymi czynnikami wymuszającymi przedstawiono na rysunku 3.7.

Rys. 3.7. Przebieg procesu zużywania się elementów i konstrukcji

Adhezja (przyczepność) – zjawisko łączenia się powierzchniowych warstw dwóch róż-nych ciał doprowadzoróż-nych do zetknięcia, wskutek przyciągania międzycząsteczkowego.

Adsorbcja fizyczna (cząsteczkowa, powierzchniowa) – adsorpcja polegająca na zagęsz-czeniu się substancji na powierzchni adsorbentu pod działaniem sił przyciągania mię-dzycząsteczkowego, traktowana jako proces nieodwracalny.

Chemisorpcja (adsorpcja chemiczna, adsorpcja aktywowana) – adsorpcja wiązań che-micznych, na ogół proces nieodwracalny.

Utlenianie – nazwa ogólna procesów chemicznych, przebiegających z oddaniem elek-tronów przez atom lub jon, powodujących wzrost wartościowości ujemnej pierwiastka.

W szczególnym przypadku jest to łączenie się danej substancji z tlenem.

Korozja – niszczenie tworzyw wskutek chemicznego lub elektrochemicznego oddzia-ływania środowiska.

Dyfuzja – zjawisko przenikania cząsteczek jednej substancji w zasięg (obręb) drugiej przy bezpośrednim zetknięciu tych substancji.

Odkształcenia plastyczne (trwałe) – odkształcenia, które nie zanikają po usunięciu sta-tycznego układu sił zewnętrznych, który je wywołał.

CZYNNIKI SPRZYJAJĄCE ZUŻYCIU

Kształt, ruch, materiały, obróbka powierzchniowa, smary, dodatki do smarów, zanieczyszczenia, wykończenie powierzchni, obciążenia, temperatura, czas, drgania, wstrząsy (udary)

OZNAKI ZUŻYWANIA POWIERZCHNI Oddziaływanie trybologiczne współpracujących powierzchni

MECHANIZMY POGARSZANIA STANU POWIERZCHNI

Erozja, ścieranie, fretting, korozja wżerowa, zmęczenie, korozja zmęczeniowa, utlenianie

WPŁYW NA CAŁOŚĆ SYSTEMU TRIBOLOGICZNEGO Praca w warunkach zużycia, zużycie początkowe, zużycie normalne,

zużycie wzmożone, zużycie awaryjne (wykładnicze), zużycie katastroficzne, uszkodzenie powierzchni, zapoczątkowanie pęknięć zmęczeniowych, szybki rozwój pęknięć

Mikroskrawanie – zjawisko wykrawania w materiale określonej mikro-objętości na skutek skrawającego działania, znajdujących się między powierzchniami tarcia lub opływających powierzchnię tarcia cząstek ścierniwa znacznie twardszego od tworzywa elementu, lub też na skutek skrawającego działania nierówności twardszej powierzchni.

Bruzdowanie – zjawisko wgłębiania elementu jednego z ciał współpracujących w ście-rany materiał i plastycznym wyciśnięciu w nim bruzdy podczas przemieszczania.

Rysowanie – zjawisko tworzenia rys w ścieranym materiale, przez przesuwający się element ciała współpracującego (na skutek wykrawania i odsuwania materiału na boki).

Odrywanie – zjawisko podważania i oddzielania przez występy jednej powierzchni, występów drugiej powierzchni.

Zrywanie połączeń tarciowych – rozrywanie połączeń tarciowych wytworzonych w proce-sie adhezji, zgrzania lub zespawania wierzchołków nierówności dwóch powierzchni.

Podczas eksploatacji konstrukcji budowlanych wielkości opisujące starzenie i zu-życia rosną od wartości początkowej Z zadanej projektowo i wykonawczo, aż do warto-ści granicznej Zgr, równoważnej uszkodzeniu elementu lub konstrukcji. Można sformu-łować dwa modele uszkodzeń:

a) model zużyć starzeniowych, gdzie parametr starzeniowy obiektu jest monitorowa-ny (organoleptycznie, aparaturowo) lub diagnozowamonitorowa-ny okresowo i pełna znajomość stanu zapobiega nagłym uszkodzeniom,

b) model zużyć awaryjnych, gdzie brak możliwości obserwacji stanu degradacji bu-dowli prowadzi do uszkodzeń awaryjnych (bez wcześniejszych symptomów).

Elementy starzeniowe modelowane są z uwzględnieniem zmienności intensywno-ści starzenia i zużyć oraz możliwointensywno-ścią sterowania chwilą ich wymiany lub naprawy, w zależności od bieżącej wartości symptomów (objawów) zużycia. Na rysunku 3.8 przedstawiono modelowe rodzaje zniszczeń elementów lub konstrukcji budowlanych – narastających monotonicznie i łatwych do nadzorowania objawowego albo nagłych (losowych) bez możliwości ich nadzorowania.

Z (t) Z (t)

z(g r) z(gr)

u szk o d zen ie t u szk o d zen ie t

Rys. 3.8. Modelowe rodzaje uszkodzeń

Symulacyjne modelowanie zagrożeń dla elementów i konstrukcji budowlanych polega na generowaniu zmiennych losowych odpowiadających czasom poprawnej pra-cy oraz zmiennych losowych dotycząpra-cych napraw (czas naprawy, koszt naprawy) [56,57,66,75].

USZKODZENIA ELEMENTÓW I KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

Uszkodzenie jest istotnym zdarzeniem występującym w procesie istnienia obiek-tów budowlanych, determinującym ich niezawodność, efektywność wykorzystania, a także zakres potrzeb diagnozowania stanu ich degradacji. Najogólniej uszkodzenie to

zdarzenie polegające na przejściu obiektu (części konstrukcji, zespołu, elementu) ze stanu zdatności do stanu niezdatności. Przez stan zdatności rozumie się taki stan obiek-tu/elementu, w którym spełnia ona wyznaczone funkcje i zachowuje parametry, okre-ślone w dokumentacji technicznej. Natomiast przez stan niezdatności rozumie się stan obiektu/elementu, w którym nie spełnia ona chociażby jednego z wymagań, określo-nych w dokumentacji technicznej [20,67]. Dla potrzeb analizy przyczyn uszkodzeń występujących w budowlach istotna jest klasyfikacja postaci uszkodzeń, zobrazowa-nych na rysunku 3.9.

Rys. 3.9. Klasyfikacja postaci uszkodzeń

Uszkodzenia obiektu/elementu w procesie eksploatacji mają charakter losowy, co zobrazowano na rysunku 3.10. Własności początkowe podlegające rozkładowi normal-nemu (równomiernormal-nemu) [rys. 3.10b)], jak i czynniki wymuszające, podlegające rozkła-dom przypadkowym [rys. 3.10a)] są dalej transformowane w obecności obciążeń na rozwijające się uszkodzenia [rys. 3.10c)], które można obserwować za pomocą inten-sywności uszkodzeń lub krzywej życia maszyny.

Rys. 3.10. Uwarunkowania losowego charakteru uszkodzeń [Z(t) – zakłócenia, W(t) – robocze czynniki wymuszające, A(t) – czynniki antropotechniczne, S(t) – zewnętrzne czynniki wymuszające, C [ij] – macierz własności początkowych]

czynniki własności

Uszkodzenie obiektu rozumiane zatem w najbardziej ogólnym sensie polega na tym, że co najmniej jedna z mierzalnych lub niemierzalnych cech obiektu przestaje speł-niać stawiane jej wymagania.

Uwzględniając dotychczasowe rozważania, można wskazać na główne przyczyny powstawania uszkodzeń, które klasyfikuje się następująco:

1. konstrukcyjne – uszkodzenia powstałe wskutek błędów projektowania i konstruo-wania obiektu, najczęściej przy nieuwzględnieniu obciążeń ekstremalnych, tzn. war-tości, które w istotny sposób przekraczają obciążenia nominalne, prowadząc wprost do uszkodzeń,

2. produkcyjne (technologiczne) – uszkodzenia powstałe wskutek błędów i niedokład-ności procesów technologicznych (brak tolerancji wymiarów, gładkości powierzch-ni, obróbki termicznej itp.) lub wad materiałów elementów obiektu,

3. eksploatacyjne – uszkodzenia powstałe w wyniku nieprzestrzegania obowiązują-cych zasad eksploatacji lub na skutek oddziaływań czynników zewnętrznych nie-przewidzianych dla warunków użytkowania danego obiektu, co prowadzi do osła-bienia i przedwczesnego zużycia i osiągnięcia stanu granicznego,

4. starzeniowe – towarzyszące eksploatacji obiektów i będące rezultatem nieodwracal-nych zmian, prowadzących do pogorszenia wytrzymałości i zdolności współdziała-nia poszczególnych elementów.

Ogólny podział z punktu widzenia wykorzystania obiektu obejmuje:

a) uszkodzenia częściowe, gdy obiekt przestaje wykonywać jedną lub kilka ze zbioru realizowanych funkcji, wykonując jednak nadal normalnie pozostałe,

b) uszkodzenia zupełne, gdy obiekt przestaje wykonywać wszystkie swoje funkcje.

Katastrofa – jest szerszym pojęciem niż uszkodzenie i dotyczy uszkodzenia ele-mentu/obiektu ograniczającego lub uniemożliwiającego dalsze jego działanie. Katastro-fa jest stanem bardzo niepożądanym, gdyż nawet niewielkie uszkodzenie inicjujące może rozwinąć się w ciąg uszkodzeń, doprowadzając do katastrofy o dużym zasięgu zniszczeń z ofiarami w ludziach włącznie.

Zmniejszanie destrukcyjnego wpływu starzenia fizycznego i zużyć jest konieczne we wszystkich fazach istnienia obiektów. Upraszczanie, typizacja i normalizacja części i układów mechanicznych prowadzi nie tylko do uzyskania właściwej niezawodności, ale także obniża koszty i upraszcza konstrukcję.

Do eksploatacyjnych metod przeciwdziałania uszkodzeniom można zaliczyć [26]:

a) racjonalną eksploatację obiektów w zadanych warunkach i określonym przeznaczeniu, b) badanie stanu i rozwijających się uszkodzeń za pomocą diagnostyki technicznej, c) przestrzeganie wymagań określonych w dokumentacji w zakresie profilaktyki, d) badania statystyczne uszkodzeń dla potrzeb modernizacji konstrukcji, racjonalizacji

gospodarki itp.

W przedstawionych przedsięwzięciach wiedza merytoryczna, sumienność i staran-ność, umiejętności i doświadczenie, a także właściwa organizacja pracy odgrywają decy-dującą rolę dla zachowania dużej niezawodności obiektów budowlanych w eksploatacji.

STANY DIAGNOSTYCZNE OBIEKTÓW BUDOWLANYCH

Celem badań diagnostycznych jest określenie stanu degradacji elemen-tu/konstrukcji w chwili uznanej za ważną przez porównanie stanu rzeczywistego

(chwi-lowego) ze stanem wzorcowym. Każdy stan zużycia (degradacji) obiektu może być wyrażony przez zbiór wartości liczbowych charakteryzujących jego strukturę oraz in-tensywność procesów zachodzących w obiekcie.

Stan obiektu może być określany bezpośrednio na podstawie badań jej elemen-tów, co wymaga adaptacji elementów do badań. Inny wariant bezpośredniej oceny stanu polega na wykorzystaniu arbitralnych opinii specjalistów, co wiąże się z trudnościami formalizowania sposobów wyznaczania tych opinii.

Metody pośrednie oceny stanu degradacji obiektu polegają na tym, że oceny te wyznaczane są na podstawie obserwacji sygnałów (procesów) związanych z czasem istnienia obiektu. Sygnałem diagnostycznym (tzn. sygnałem zależnym od stanu degra-dacji) jest dowolny nośnik materialny, najczęściej przebieg (cecha, miara) wielkości fizycznej, umożliwiającej przenoszenie (w przestrzeni i czasie) wiadomości o stanie elementu/obiektu.

Własności losowe procesów wytwarzania, kontroli i eksploatacji oraz złożoność budowli powodują, że bezpośrednie przewidywanie relacji między cechami sygnałów diagnostycznych i cechami stanu degradacji obiektu jest utrudnione. Właściwości obiektu, za pomocą których tworzy się jego model, nazywa się często cechami. Cecha obiektu jest to wielkość fizyczna, charakteryzująca go ze względu na działanie zgodne z przeznaczeniem.

Dla ustalenia jednolitej terminologii badań degradacji stanu przyjmuje się dalej następujące określenia:

a) cecha stanu – związana z właściwością elementu/obiektu wielkość fizyczna posia-dająca miarę, wzorzec i poziom odniesienia, jednoznacznie opisująca wartość skła-dowej wektora stanu degradacji,

b) parametr diagnostyczny, związany zawsze z obserwowalnym opisem obiektu za pomocą sygnałów (procesów), określający pośrednio wartości cech stanu obiektu, c) symptom diagnostyczny, zorientowana uszkodzeniowo miara sygnału,

odwzoro-wująca określony typ uszkodzenia (składowa wektora sygnału).

Budowa efektywnych modeli degradacji dla wielowymiarowych obiektów złożo-nych, do których zaliczane są konstrukcje budowlane, objętych sprzężeniami zwrotnymi napotyka na duże trudności. Główne powody tego są następujące: zmienne warunki pracy, maskowanie informacji diagnostycznej, trudności wprowadzenia określonych stanów degradacji, nieznajomość torów rozprzestrzeniania się sygnałów diagnostycz-nych od miejsc uszkodzeń do punktów odbioru w złożonym obiekcie, inne.

Modele diagnostyczne obiektów tworzy się dla potrzeb wnioskowania diagno-stycznego. Przez model rozumie się taki układ, dający się pomyśleć lub materialnie zrealizować, który odtwarzając przedmiot badania, zdolny jest zastępować go tak, że jego badanie dostarcza nam nowych informacji o tym przedmiocie. Model obiektu nie jest więc odbiciem rzeczywistego obiektu, lecz tylko odbiciem aktualnie posiadanej o nim wiedzy, stąd nie może być traktowany jako coś trwałego i niepodlegającego zmianom [11,18,26,28].

Początkowo zawsze jest to model prosty, który w miarę zdobywania doświadczeń jest doskonalony. Znajomość praw rządzących zjawiskami, dane doświadczalne i inne informacje pozwalają doskonalić strukturę modelu, czyli postaci zależności poprawnie opisującej związki między badanymi zmiennymi.

Każdy model fizyczny ma odpowiadający mu model matematyczny. Modelem matematycznym obiektu jest najczęściej układ równań różniczkowych o pochodnych

cząstkowych, a także równania całkowe, które opierają się na bilansie energetycznym, materiałowym lub równaniach procesów fizyko-chemicznych. Rzeczywiste układy są z reguły nieliniowe, gdzie o nieliniowości decydują własności reologiczne materiału, nieliniowy charakter sił dyssypacyjnych i charakterystyk sprężystych elementów. Ogra-niczone możliwości analizy nieliniowych równań różniczkowych skłaniają do stosowa-nia modeli liniowych lub wykorzystastosowa-nia procedur linearyzacji. Rozpatrywanie układów jako liniowych ma sens z uwagi na to, że istnieje duża klasa obiektów, które z dopusz-czalną dla praktyki dokładnością mogą być reprezentowane przez modele liniowe.

W ogólności modele stosowane w badaniach degradacji mogą być: symptomowe i holistyczne. Modele symptomowe opisują stan degradacji obiektu w kategoriach ob-serwowanych symptomów, niezawierających czasu dynamicznego "t", lecz tylko czas życia "Q". Modele holistyczne natomiast ujmują dynamikę systemu i jego procesy zu-życiowe łącznie.

W diagnostyce technicznej można wyróżnić następujące cele tworzenia modeli:

• dla potrzeb projektowania, gdzie model służy do optymalizacji struktury i parame-trów konstruowanego obiektu i jest narzędziem oceny "jakości" konstrukcji,

• dla potrzeb diagnozowania, gdzie model jest podstawą ustalenia diagnozowania które prowadzi do określenia stanu aktualnego i przyszłego obiektu (diagnozy),

• dla potrzeb użytkowania i sterowania, wykorzystującego model do podejmowania decyzji z działającym obiektem (zakres działań, decyzje eksploatacyjne).

Przystępując do tworzenia modelu obiektu, należy:

a) ustalić cel, w jakim model jest tworzony i związane z tym wymagania,

b) ustalić, czy model ma dotyczyć obiektu jako całości (model konstrukcji), czy też ważny jest jego podział na części i ich współdziałanie (model systemu),

c) ustalić, jakie części obiektu są istotne ze względu na cel tworzenia modelu i jakie ich właściwości charakteryzują powiązania wewnętrzne,

d) ustalić rodzaj postaci modelu (fizyczny, matematyczny, graficzny).

W praktycznych zastosowaniach modeli symptomowych dla obiektów prostych, przy małym poziomie zakłóceń, są najczęściej stosowane następujące modele [62,74]:

1. typu regresyjnego, traktowane jako modele liniowe względem parametrów z addy-tywnymi zakłóceniami, opisujące zależności między symptomami – a cechami stanu degradacji obiektu:

Yn= fn( , ,....,x x1 2 xm,a a0 1, , ...., ),ai +N (3.23) gdzie:

Yn – parametry sygnałów diagnostycznych, xm – cechy stanu degradacji obiektu, ai – współczynniki równań regresji, N – zakłócenia.

2. typu "obrazu", gdzie obiekt jest opisany zbiorem parametrów sygnału tworzących obraz danego stanu degradacji. Rozpoznanie stanu badanego obiektu polega na zba-daniu relacji przynależności do zbiorów trenujących (wzorców):

Y Y

Modele te oparte są na algorytmach wykorzystujących metody geometryczne, uwzględniające struktury grupowania się obiektów w poszczególnych klasach stanu (mi-nimalno-odległościowe, najbliższej mody, uogólnionych wzorców, średniego ryzyka), 3. binarna macierz diagnostyczna, której elementami są wartości logiczne

parame-trów sygnału Y dla każdego stanu X, przy czym:



4. model topologiczny, przedstawiany w postaci grafu skierowanego G = <U,Z>.

Wierzchołki U = {ui} odwzorowują elementy, mechanizmy, zespoły, cechy, cha-rakterystyki lub właściwości. Łuki Z = {z_k} odwzorowują powiązania między elemen-tami lub też relacje między charakterystykami (cechami).

Dla obiektów złożonych konstrukcyjnie i funkcjonalnie, z wielowymiarową prze-strzenią uszkodzeń, zastosowanie praktyczne znajdują złożone modele symptomowe oraz coraz częściej modele strukturalne. W tej grupie modeli znajdują się :

1. probabilistyczna macierz obserwacji, która jest opisana zbiorem stanów W = (wi), zbiorem parametrów diagnostycznych Y = (yn) oraz zbiorem prawdopodobieństw warunkowych p(yn/wi) zaistnienia stanu wi przy wartości parametru yn,

w

W tym modelu związki pomiędzy stanami obiektu a parametrami diagnostycznymi mają charakter probabilistyczny, co umożliwia podejmowanie decyzji o stanie obiektu

W tym modelu związki pomiędzy stanami obiektu a parametrami diagnostycznymi mają charakter probabilistyczny, co umożliwia podejmowanie decyzji o stanie obiektu

W dokumencie OPERACYJNA ANALIZA MODALNA W BADANIU KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH (Stron 56-69)