Methodologies for structural damage identification by means of dynamical testing

Modeliranje ponašanja stvarnih konstrukcija je složeno i sadrži mnoge nepoznate veličine: način gradnje, ugrađeni materijal, raspodjela mase i krutosti, stanje konstrukcije, itd. koje je nužno pretpostaviti. Ove nepoznanice čine nerazumnima primjenu složenih matematičkih modela, jer loši ulazni rezultati vode ka lošim izlaznim rezultatima, bez obzira na točnost primijenjenih matematičkih modela. Pojednostavnjeni modeli koji se baziraju na primjeni eksperimentalnih rezultata daju bolje uvide u stanje materijala i konstrukcija. Kvantitativno određivanje stvarnog stanja konstrukcije moguće je mjerenjem dinamičkog odgovora na ograničenom broju mjernih mjesta. Dinamičkim ispitivanjem dobivaju se: vlastite frekvencije, forme i koeficijenti prigušenja koji predstavljaju osobnu iskaznicu konstrukcije i sadrže u sebi sve bitne podatke o konstrukciji. Poznato je da se praćenjem stanja dinamičkih karakteristika dobiva dobra informacija o trenutnom stanju konstrukcije u eksploataciji. Moguće je na temelju razlike stanja dinamičkih karakteristika između dvaju razdoblja odrediti promjene krutosti konstrukcije odnosno ocijeniti mjesto i intenzitet oštećenja koja su u međuvremenu nastala. U radu su prikazane metodologije za identifikaciju i kvanitifikaciju intenziteta oštećenja na stvarnoj konstrukciji, a koja su bazirane na provedenim dinamičkim mjerenjima ambijentalnim vibracijama. Metodologije su kalibrirane i provjeravane na jednostavnim matematičkim i eksperimentalnim modelima s jednim i s tri stupnja slobode.Dynamic characteristics of the structure represent its personal card. By monitoring them it is possible to get relevant information about the structural state and its degradation. The differences in measured dynamic characteristics at two stages in the life of structure reveal change in the stiffness/mass of the structure, location of the change and it is possible to conclude about the size of change in regard to the initial state. Outlined are two methodologies for structural damage identification by means of dynamical testing. They have been calibrated on the simple models and have proven its applicability to the real building structure for which only a limited amount of measured data is available. Methodology 1 requires knowledge of the measured dynamical characteristics of a structure at its initial state and after the damaging event. By means of the structural identification from the measured dynamical characteristics and comparing the change of relative shear stiffness between the neighboring stories the location and amount of structural change/damage is estimated. Methodology 2 is used when there are no data about the initial structural dynamic characteristics. A structural model with the use of finite element is made for the structure in its undamaged state. Measured dynamic properties such as frequencies and mode shapes of the structure in its damaged state are also needed. Using system identification techniques on both data sets and using the method of relative shear stiffness or the method of residual forces the location and amount of the structural damage could be estimated. It is applicable for the structures that could be described by the FEM