Stampa la pagina Condividi su Google Condividi su Twitter Condividi su Facebook Identificazione dinamica

Identificazione dinamica del danno e monitoraggio strutturale

La necessità di definire metodologie per l’identificazione del danno in strutture e infrastrutture, quali ad esempio edifici e ponti, rappresenta attualmente una delle principali sfide dell’ingegneria civile. In particolare, le difficoltà principali nascono da due aspetti di base: il numero ed il tipo di misure e la categoria delle azioni esterne utilizzate nel processo. Infatti, nel caso delle costruzioni civili, il setup strumentale è più ristretto in seguito alla dimensione delle strutture reali ed alla necessità di abbassare i costi operazionali. Inoltre, le eccitazioni che forniscono i dati dinamici della struttura possono essere o di tipo artificiali, quali ad esempio le vibrodine, o, alternativamente, ambientali, quali ad esempio i terremoti, il vento e le vibrazioni da traffico. Ciò comporta un’ulteriore difficoltà dal momento che l’utilizzo di eccitazioni artificiali è generalmente molto oneroso e complesso soprattutto nel caso di strutture di grandi dimensioni quali quelle civili, e, d’altronde, le eccitazioni ambientali richiedono generalmente un processo di monitoraggio continuo per poter registrare i dati e caratteristiche tali da poter eccitare significativamente tutti i modi della struttura soprattutto quelli influenzati dalla presenza del danno e, non ultimo, l’influenza del rumore che caratterizza tutti i segnali naturali.

Ci si chiede, allora, se sia possibile definire una procedura capace di fornire informazioni sul danno nell’intera struttura anche quando essa è parzialmente strumentata e nel caso di azioni ambientali. In questo contesto, il gruppo di ricerca del LAPS sta lavorando sullo sviluppo di alcune metodologie per una stima rapida del danno strutturale in strutture a larga scala soggette a sollecitazioni ambientali e analizzando anche l’influenza di un numero ridotto di misurazioni, nonché la disposizione della strumentazione. Lo studio si basa sullo sviluppo di approcci innovativi che combinano i risultati forniti dai classici approcci di identificazione del danno attraverso un operazione di “data fusion” basata sulla teoria dell’evidenza di Dempster-Shefer. Le differenti metodologie sono applicate a dati registrati in test sperimentali e ad edifici reali con lo scopo principale di verificarne la loro efficacia.

Damage detection and health monitoring

Damage detection in civil structures and infrastructures, such as buildings and bridges, still represents one of the main challenges that civil engineers face today. One of the main reasons concerns the set of input/output experimental data with a particular emphasis on two main aspects: the number and the types of measurements (displacements, velocities, and accelerations) and the category of external actions to use in the process. In the fact that, in the case of civil constructions, the instrumentation setup is more restricted due to their extended dimensions and the necessity of containing operational costs. Moreover, artificial excitations, such as vibrodine or shakers, rather than ambient agents, such as earthquakes, winds or traffic vibrations, provide the dynamic test data. This fact creates another difficulty in that the large machinery required to produce these test data is always very expensive and cumbersome, especially for large-scale structures such as the civil ones.

It is therefore critically important to develop efficient methodologies that are capable of solving the above problems and providing results on damage in the entire structure, even in the case of partially instrumentation and uncontrolled loadings.

Thus far, in the current literature several damage detection methodologies based on the use of damage indicators are available. However, signal noises, difficulties to excite systems for identifying all the modes of vibrations, particularly the ones more sensible to the damage scenarios and, also, the presence of multiple damage locations, can particularly affect the efficiency of these indicators. In recent years, new algorithms and innovative techniques devoted to improve the efficiency of the classical damage indicators have been carried out in many studies. In this context, the research group at LAPS is working on innovative approaches which fuse the structural damage identification results from multiple sources in order to improve the capability of classical damage indicators in detecting the damage position in linear systems. In particular, starting from classical indicators, i.e. those based on the change of the flexibility matrix and on the change of the modal strain energy, the proposed approach develops an algorithm fusion approach based on the evidence of theory which would consider the solutions from the different damage detection approaches, and combine them, with different weigths, in order to have a more reliable identification of damage.

The different methodologies, above all the fusion approach, are applied to data recorded by laboratory tests and real world buildings with the main goal of testing experimentally the methods’ efficacy and robustness when applied to field measurements.

Collaborazioni:

  • Department of Civil Engineering and Mechanics at Columbia University, NY, USA (Prof. Raimondo Betti);
  • Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica dell’Università di Roma La Sapienza (prof. Maurizio de Angelis).

Progetti di ricerca

2010-2012 Progetto di Ricerca ”Sistema integrato di early warning per la mitigazione dei rischi di opere civili di interesse strategico” - Protocollo d’intesa CRUL – Regione Lazio del 23 giugno 2009 - Convenzione operativa tra Università degli Studi di Cassino e Regione Lazio del 23 febbraio 2010.

[Ultima modifica: martedì 29 maggio 2018]