GIOTTO (Gebäudeschwingungen: kombinierte Zustandsanalyse mit innovativem Sensorkonzept); Vorhaben: Instrumentierung, Simulation, Integration

Abstract

Characterizing earthquake induced building damage in an efficient, automated and non-invasive way is a crucial support for the decision on further usability of critical infrastructure. In the GIOTTO project (Gebäudeschwingungen: kombinierte Zustandsanalyse mit innovativem Sensorkonzept, German for: Combined state of health assessment with an innovative sensor concept) we propose to use 6 degrees of freedom sensors (6DoF or 6C) to monitor the complete movement of a building structure in three rotational and three translational degrees of freedom. On one side, we developed a first of its kind 6C sensor network for strong motion building monitoring on the basis of 20 inertial measurement units (IMU50 by iXblue, France) originally designed as north-finding gyroscopes. On the other side we incorporated the new observable of rotational ground motions into concepts for continuous real-time structural health monitoring. We tested and calibrated the 6C strong motion sensor network in laboratory experiments and successfully applied it in experiments at test structures and in shaking table tests. We introduced a new concept for structural health monitoring on the basis of the estimation of local change in amplitude ratios between translational acceleration and rotation rate which reflects the change in wave propagation speed. We validated this concept with estimations of change in wave propagation speed from coda wave interferometry and with numerical simulations. Furthermore, we developed concepts for incorporating direct rotational motion observations into coda wave interferometry and modal analysis. Datei-Upload durch TIB Die effiziente, automatisierte und nicht-invasive Charakterisierung erdbebenbedingter Gebäudeschäden ist eine wichtige Entscheidungshilfe für die weitere Nutzbarkeit kritischer Infrastruktur. Im Projekt GIOTTO (Gebäudeschwingungen: kombinierte Zustandsanalyse mit innovativem Sensorkonzept) schlugen wir vor, 6-Freiheitsgrade-Sensoren (6DoF oder 6C) zu verwenden, um die vollständige Bewegung einer Gebäudestruktur in drei rotatorischen und drei translatorischen Freiheitsgraden zu überwachen. Einerseits haben wir ein einzigartiges 6C-Sensornetzwerk zur Überwachung starker Bewegungsgebäude auf der Grundlage von 20 Trägheitsmesseinheiten (IMU50 von iXblue, Frankreich) entwickelt, die ursprünglich als Nordsuchgyroskope konzipiert waren. Auf der anderen Seite haben wir die neue Observable rotierender Bodenbewegungen in Konzepte für die kontinuierliche Echtzeitüberwachung des Strukturzustands integriert. Wir haben das 6C Strong Motion Sensornetzwerk in Laborexperimenten getestet und kalibriert und es erfolgreich in Experimenten an Teststrukturen und in Schütteltischtests eingesetzt. Wir haben ein neues Konzept für die Überwachung des strukturellen Zustands eingeführt, das auf der Schätzung lokaler Änderungen der Amplitudenverhältnisse zwischen Translationsbeschleunigung und Rotationsrate basiert, die die Änderung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit widerspiegeln. Wir haben dieses Konzept mit Schätzungen der Änderung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit aus der Coda-Wellen-Interferometrie und mit numerischen Simulationen validiert. Darüber hinaus haben wir Konzepte zur Einbindung direkter Rotationsbewegungsbeobachtungen in die Kodawelleninterferometrie und Modalanalyse entwickelt.