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使用新模型时建筑物可能会感知内部损坏明光

明光
2022年09月01日

使用新模型时，建筑物可能会“感知”内部损坏

当卡车在建筑物上轰鸣时，振动会向上传播到建筑物的屋顶并再次向下传播，从而通过中间的地板和横梁产生短暂的震颤。

现在，麻省理工学院的研究人员已经开发出一种计算模型，该模型可以理解此类环境振动，并从噪声中挑选出可以指示建筑物稳定性的关键特征。

该模型可用于随时间监视建筑物是否有损坏或机械应力的迹象该小组的结果在线发表在《机械系统和信号处理》杂志上。

麻省理工学院土木与环境工程系教授Oral Buyukozturk说：“更广泛的含义是，在发生地震之后，我们会立即看到这些特征的变化，以及系统中是否存在损坏的地方。” CEE）“

这提供了持续的监控和一个数据库，它就像建筑物的健康手册一样，随时间而变，就像一个人的血压随着年龄的增长而变化一样。”

Buyukozturk的合著者，CEE博士后Hao Sun是该论文的主要作者；地球，大气与行星科学系的博士后AurélienMordret；塞西尔和艾达绿色职业发展EAPS助理教授GermánPrieto；和EAPS教授纳菲·托克斯。

采取生命体征

该团队在麻省理工学院的绿色建筑中测试了其计算模型，该绿色建筑是一栋21层的研究大楼，完全由钢筋混凝土制成。

该建筑是建筑师和麻省理工学院的校友IM Pei '40在1960年代设计的，是马萨诸塞州剑桥市的最高建筑物。

2010年，麻省理工学院的Toks?z和其他人与美国地质调查局合作，为绿色建筑配备了36个加速度计，这些加速度计记录了从建筑物地基到屋顶到选定楼层的振动和运动。

“这些传感器代表了嵌入式神经系统，” Buyukozturk说。“挑战在于从传感器的数据中提取生命体征并将其与建筑物的健康特征相关联，这在工程界是一个挑战。”

为此，该团队首先以有限元模型的形式构建了绿色建筑的计算机模拟-代表大型物理结构及其所有基础物理的数值模拟，以较小，更简单的细分形式组成。

对于绿色建筑，研究人员建立了一个高保真有限元模型，然后将各种参数插入模型，包括每层混凝土墙，楼板，梁和楼梯的强度和密度。

在设计模型时，研究人员应该能够在仿真中引入激励，并且该模型可以预测建筑物及其各种元素应如何响应。

Buyukozturk指出：“但是该模型对建筑物的材料，其几何形状，其元素的厚度等存在很多假设，这些假设可能与结构并不完全一致。”

“因此，我们正在用实际测量值更新模型，以便能够更好地提供有关建筑物可能发生的情况的信息。”

挖掘特征

为了更准确地预测建筑物对环境振动的响应，该小组从绿色建筑物的加速度计中提取了数据，寻找与建筑物刚度或其他健康指标直接对应的关键特征。

为了有效地做到这一点，该团队开发了一种采用地震干涉测量概念的新方法，该方法描述了振动模式从地面行进到屋顶时是如何变化的。

Buyukozturk解释说：“我们观察基础水平，看看例如卡车在那引起了什么运动，然后该振动如何在速度和方向上水平和向上传播。”

研究人员将此方程式添加到他们的绿色建筑模型中，并多次运行该模型，每次都由加速度计在给定的时间点进行一组测量。总体而言，该小组参与了模型振动测量，该测量在2015年5月的两周时间内连续进行。

Buyukozturk说：“随着时间的推移，我们将不断地使我们的计算系统变得更加智能，拥有更多的数据。” “我们确信建筑物中是否有损坏，它将在我们的系统中显示出来。”

智能建筑

那么，自从50多年前建造以来，绿色建筑的发展情况如何？

Buyukozturk说：“建筑物是安全的，但是会受到相当大的振动，特别是在高层。” 他说：“建筑物建在柔软的土壤上，在一个方向上较长，而在另一方向上则较窄，两端各有坚硬的混凝土墙。因此，它表现出扭转运动和摇摆，特别是在大风天。”

该团队计划在实验室中通过实验验证其计算模型。研究人员已经建造了一个4米高的建筑结构副本，他们将配备加速度计。

他们将研究环境振动的影响，以及结构对锤击和其他地震刺激的反应。该小组还在马萨诸塞州沃本市建立一个大型的钢结构，其结构相当于手机发射塔的大小，并将进行类似的实验，最终将有助于完善研究人员的计算模型。

主要作者郝o说：“我预想，将来将在整个城市的所有建筑物上安装这样的监视系统。” “配备传感器和中央处理算法后，这些建筑物将变得智能化，并会实时感受到自己的健康状况，并且可能对极端事件具有抵抗力。”