Abstrakt

Rozprawa doktorska dotyczy problemów diagnostyki budowli zabytkowych. Zagadnienie potraktowano szeroko. Uwzględniono zarówno rozważania teoretyczne jak i badania eksperymentalne obiektów rzeczywistych. Celem pracy jest zaproponowanie efektywnego algorytmu oceny stanu technicznego budowli, łączącego trzy dziedziny nauki, w których wspólnym mianownikiem jest pomiar drgań konstrukcji przy wymuszeniach środowiskowych (wiatr, ruch uliczny, falowanie wody, itp.). Są to: identyfikacja modalna konstrukcji, identyfikacja parametryczna ich modeli matematycznych oraz wykrywanie lokalnych uszkodzeń. Pierwszym zagadnieniem jest identyfikacja charakterystyk modalnych - częstotliwości i postaci drgań swobodnych oraz współczynników tłumienia modalnego. Wykazano, że na podstawie pomierzonych przyspieszeń wybranych punktów konstrukcji podczas wymuszeń środowiskowych można określić częstotliwości i postaci drgań swobodnych wykorzystując metodę amplitud rezonansowych (Peak Picking). Nowatorkim podejściem jest uwzględnienie błędów identyfikacji modalnej, które są ważnymi elementami dalszych analiz w pracy. Drugą częścią pracy jest modelowanie konstrukcji, a w szczególności kalibracja modeli obliczeniowych. W pracy zastosowano iteracyjną metodę identyfikacji parametrycznej, w której wykorzystuje się metody optymalizacji i analizę wrażliwości. Danymi do obliczeń są wyznaczone eksperymentalnie częstotliwości i postaci drgań swobodnych konstrukcji, wraz z błędami ich identyfikacji. Trzecią grupą zagadnień są metody wykrywania lokalnych uszkodzeń w budowlach. Do badań wybrano dwie metody, które oceniono jako najlepsze do praktycznych zastosowań. Są to: metoda podatności i metoda drugich pochodnych postaci drgań. Obie bazują na postaciach drgań swobodnych układu, a metoda podatności też na częstotliwościach drgań swobodnych. Procedury zostały poddane testom efektywności w różnych warunkach, z zastosowaniem symulacji komputerowych kilku układów (modele typu belkowego o różnych warunkach brzegowych i model kładki wantowej dla pieszych) oraz na podstawie badań laboratoryjnych wspornika stalowego. Dla metody opartej na badaniu podatności sformułowano nowy wskaźnik uszkodzeń. Wszystkie opisane w pracy metody zostały wykorzystane w badaniach diagnostycznych dwóch zabytkowych obiektów: wieży Twierdzy Wisłoujście w Gdańsku oraz Dzwonnicy Archikatedry w Wilnie. Obiekty reprezentują ten sam typ budowli - wieżowy, jednak różnią się w zdecydowany sposób warunkami posadowienia i warunkami oddziaływań środowiskowych. Są też w inny sposób użytkowane. Dla obu obiektów wykonano eksperymentalną identyfikację parametrów modalnych. W celu wyznaczenia teoretycznych charakterystyk modalnych zbudowano modele obliczeniowe z zastosowaniem metody elementów skończonych i wykorzystaniem wyników identyfikacji parametrycznej. Sprawdzono kondycję techniczną obiektów poprzez wykorzystanie wskaźników uszkodzeń. W przypadku Dzwonnicy wykonano też analizę wpływu ruchu dzwonów na jej zachowanie dynamiczne.

Autor (1)