Теперь исследователи в MIT разработали вычислительную модель, которая понимает такие окружающие колебания, выбирая главные особенности в шуме, которые дают признаки стабильности здания. Модель может использоваться, чтобы контролировать здание со временем для признаков повреждения или механического напряжения. Результаты команды изданы онлайн в журнале Mechanical Systems и Signal Processing.«Более широкое значение, после события как землетрясение мы немедленно видели бы изменения этих особенностей, и если и где есть повреждение в системе», говорит Устный Буюкозтерк, преподаватель в Отделе MIT Гражданского строительства и Инженерной защиты окружающей среды (Центральная и Восточная Европа). «Это обеспечивает непрерывный контроль и базу данных, которая была бы похожа на медицинскую книгу для здания, как функция времени, во многом как кровяное давление изменения человека с возрастом».
Хао Сунь соавторов Буюкозтерка, Центральная и Восточная Европа postdoc, кто был ведущим автором газеты; Aurelien Mordret, postdoc в Отделе Земли, Атмосферные и Планетарные Науки (EAPS); немецкий Prieto, доцент профессионального развития Сесила и Иды Грин в EAPS; и М. Нафи Токсоз, преподаватель EAPS.Взятие основных показателей жизнедеятельностиКоманда проверила свою вычислительную модель на Зеленом Здании MIT – 21-этажное здание исследования, сделанное полностью из железобетона. Здание было спроектировано в 1960-х архитектором и квасцами MIT И.М.
Пэй ’40, и стоит как самая высокая структура в Кембридже, Массачусетс. В 2010 Toksoz и другие в MIT работали с Геологической службой США, чтобы снабдить оборудованием Зеленое Здание с 36 акселерометрами, которые делают запись колебаний и движений на отобранных этажах от фонда здания до его крыши.
«Эти датчики представляют вложенную нервную систему», говорит Буюкозтерк. «Проблема состоит в том, чтобы извлечь основные показатели жизнедеятельности из данных датчиков и связать их с медицинскими особенностями здания, которое было проблемой в техническом сообществе».Чтобы сделать это, команда сначала построила компьютерное моделирование из Зеленого Здания, в форме модели конечного элемента – числовое моделирование, которое представляет большую физическую структуру и всю ее основную физику, как коллекция меньших, более простых подразделений.
В случае Зеленого Здания исследователи построили высокочастотную модель конечного элемента, затем включили различные параметры в модель, включая силу и плотность конкретных стен, плит, лучей и лестницы на каждом полу.Поскольку модель разработана, исследователи должны быть в состоянии ввести возбуждение в моделировании – например, подобная грузовику вибрация – и модель предсказала бы, как здание и его различные элементы должны ответить.«Но модель использует много предположений о материале здания, его геометрии, толщине его элементов, и так далее, который может не соответствовать точно структуре», отмечает Буюкозтерк. «Таким образом, мы обновляем модель с фактическими измерениями, чтобы быть в состоянии дать лучшую информацию о том, что, возможно, произошло со зданием».Горная промышленность для особенностей
Чтобы более точно предсказать ответ здания на окружающие колебания, группа добыла данные из акселерометров Зеленого Здания, ища главные особенности, которые соответствуют непосредственно жесткости здания или другим индикаторам здоровья. Чтобы сделать это эффективно, команда разработала новый метод с сейсмическим понятием интерферометрии, которое описывает, как образец вибрации изменяется, когда это едет от уровня земли до крыши.«Мы смотрим на уровень фонда и видим, какие движения грузовик, например, вызванный там, и затем как та вибрация едет вверх и горизонтально в скорости и направлении», объясняет Буюкозтерк.
Исследователи добавили это уравнение к своей модели Зеленого Здания и управляли моделью многократно, каждый раз с рядом измерений, проведенных акселерометрами в определенный момент времени. В целом, группа включила образцовые измерения вибрации, которые проводились непрерывно за двухнедельный период в мае 2015.«Мы непрерывно делаем нашу вычислительную систему более интеллектуальной со временем с большим количеством данных», говорит Буюкозтерк. «Мы уверены, если будет повреждение в здании, оно обнаружится в нашей системе».Интеллектуальные здания
Таким образом, как Зеленое Здание жило начиная со своего строительства больше чем 50 лет назад?«Здание безопасно, но оно подвергается довольно мало вибрации, особенно в верхних этажах», говорит Буюкозтерк. «Здание, которое построено на мягкой почве, длинное в одном направлении и узкое в другом с жесткими конкретными стенами на каждом конце. Поэтому это проявляет относящиеся к скручиванию движения и раскачивание, особенно в ветреные дни», говорит он.Команда планирует проверить свою вычислительную модель с экспериментами в лаборатории.
Исследователи построили точную копию 4 метра высотой конструкции здания, которую они снабдят оборудованием с акселерометрами. Они изучат эффекты окружающих колебаний, а также как структура отвечает на забастовки молотка и другие сейсмические стимулы.
Команда также устанавливает большую стальную конструкцию в Уоберне, Массачусетс, о размере сотовой вышки, и проведет подобные эксперименты, которые в конечном счете помогут усовершенствовать вычислительную модель исследователей.«Я предположил бы это в будущем, такая система мониторинга будет инструментована на всех наших зданиях, охвативших весь город», говорит ведущий автор Хао Сунь. «Снабженный оборудованием с датчиками и центральными алгоритмами обработки, те здания станут интеллектуальными, и будут чувствовать их собственное здоровье в режиме реального времени и возможно будут эластичны к экстремальным явлениям».