信号处理技术的可行性研究,用于基于振动的住宅建筑结构健康监测
Fedaa Ali1, Leila Donyaparastlivari2, Seyed Ghorshi1
1Department of Electrical and Computer Engineering, The University of Texas at Tyler, 3900 University Blvd., Tyler, TX 75799, USA.
Sensors (Basel, Switzerland)
|April 12, 2025
概括
这项研究表明,压电传感器和信号处理可以检测建筑物中的损坏. 这种低成本的结构健康监测 (SHM) 提高了对地震和动态力量的抵御力.
科学领域:
- 土木工程 土木工程是指土木工程.
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 结构工程 结构工程
背景情况:
- 住宅建筑面临来自地震活动和动态负载的风险日益增加.
- 有效的结构健康监测 (SHM) 对于确保建筑物的安全和寿命至关重要.
- 目前的SHM方法需要改进,以便在各种结构条件下实时检测损坏.
研究的目的:
- 评估压电传感器在住宅结构中基于振动的SHM的有效性.
- 集成先进的信号处理技术,如功率光谱密度 (PSD) 和短时间里叶变换 (STFT) 以提高损坏检测.
- 为早期识别结构性退化建立一个低成本,可扩展的SHM框架.
主要方法:
- 制造一个规模化的三层建筑原型.
- 控制的基础激发模拟地震和动态负载条件 (25 Hz,0.6 g).
- 在健康,随机损伤和厚度损伤场景下评估压电传感器响应,使用PSD和STFT分析.
主要成果:
- 结构损坏显著改变了压电传感器输出,表现为信号分散和额外的频率波.
- PSD分析有效地表明,由于结构性退化,能源分配发生了变化.
- STFT提供了详细的时间频率见解,使实时损坏检测能力成为可能.
结论:
- 压电传感器与PSD和STFT相结合,为住宅建筑中早期损坏检测提供了可行的解决方案.
- 这种综合方法为改善对抗地震和动力力量的结构弹性提供了实际框架.
- 开发的SHM系统具有成本效益和可扩展性,可在住宅结构中广泛应用.
