Giám sát tất cả các mùa của việc sửa chữa bê tông trong một hầm đô thị ở Brussels bằng cách sử dụng các cảm biến siêu âm nhúng với sự chú trọng vào tính chắc chắn trước sự biến thiên của môi trường

Journal of Civil Structural Health Monitoring - Tập 11 - Trang 879-895 - 2021
Cédric Dumoulin1, Arnaud Deraemaeker1
1Université Libre de Bruxelles (ULB), Brussels, Belgium

Tóm tắt

Bài báo này trình bày kết quả của một chiến dịch giám sát bê tông dài hạn trong một đường hầm ngầm ở Brussels. Hệ thống bao gồm một số cặp cảm biến piezoelectric siêu âm nhúng được sắp xếp theo cấu hình pitch-catch, được đặt trong trần bê tông của đường hầm tại các khu vực đã được tháo dỡ bê tông cũ và sau đó được sửa chữa. Hệ thống giám sát hoàn toàn tự động và gửi các tín hiệu đã ghi lại tới một hệ thống dựa trên đám mây tại trường đại học của chúng tôi, nơi các tín hiệu được xử lý hậu kỳ để trích xuất các chỉ số về sự thay đổi cấu trúc trong các khu vực được giám sát, và gửi báo cáo qua email tự động. Một giai đoạn đầu tiên kéo dài sáu tháng được nghiên cứu, trong đó các khu vực được giám sát đã được sửa chữa bằng vữa trát. Việc xử lý hậu kỳ các tín hiệu đo cho phép xác định rõ thời điểm sửa chữa trong mỗi khu vực và sự tiến triển của quá trình đông cứng của vữa sửa chữa. Một giai đoạn giám sát thứ hai kéo dài một năm sau đó được nghiên cứu, trong đó phát hiện rằng mặc dù có cải tiến đề xuất về kỹ thuật kéo dài thời gian được sử dụng để lọc ra các hiệu ứng của sự thay đổi điều kiện môi trường, các chỉ số của chúng tôi vẫn cho thấy những biến động trong các khoảng thời gian mà nhiệt độ rất cao trong đường hầm. Một phương pháp dựa trên các tương quan thống kê được quan sát giữa các chỉ số được tính toán trong các khu vực khác nhau sau đó được đề xuất và được chứng minh là rất hiệu quả để loại bỏ sự biến động còn lại và làm cho hệ thống rất vững chắc trước các thay đổi môi trường. Thống kê giá trị cực tiểu cũng được trình bày như một công cụ để thiết lập các ngưỡng liên quan cho việc kích hoạt báo động với mức độ báo động giả rất thấp. Với tất cả những phát triển này, hệ thống giám sát có thể tự động phát hiện sự thay đổi cấu trúc trong đường hầm trong thời gian thực trong khi vẫn vững chắc trước sự thay đổi môi trường không thể tránh khỏi trong đường hầm.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Blanchard J (2013) Masterplan pour la mise en sécurité et la rénovation des tunnels routiers gérés par la Région de Bruxelles-Capitale. Regional Public Service Brussels Mobility, Regional Public Service Brussels Mobility, Tech. rep Dumoulin C, Deraemaeker A (2017) Design optimization of embedded ultrasonic transducers for concrete structures assessment. Ultrasonics 79:18. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2017.04.002 Deraemaeker A, Dumoulin C (2020) Piezoelectric Ultrasonic Transducer Embedded in Concrete Structures, Pending Patent 20183481.9-1001 Song G, Gu H, Mo YL (2008) Smart aggregates: multi-functional sensors for concrete structures-a tutorial and a review. Smart Materials and Structures 17(3). https://doi.org/10.1088/0964-1726/17/3/033001 Dumoulin C, Karaiskos G, Carette J, Staquet S, Deraemaeker A (2012) Monitoring of the ultrasonic P-wave velocity in early-age concrete with embedded piezoelectric transducers. Smart Materials and Structures 21(4). https://doi.org/10.1088/0964-1726/21/4/047001 Dumoulin C, Karaiskos G, Sener JY, Deraemaeker A (2014) Online monitoring of cracking in concrete structures using embedded piezoelectric transducers. Smart Materials and Structures 23(11). https://doi.org/10.1088/0964-1726/23/11/115016 Deraemaeker A, Dumoulin C (2019) Embedding ultrasonic transducers in concrete: a lifelong monitoring technology. Construction Build Materials 194:42. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2018.11.013 Tsangouri E, Karaiskos G, Aggelis D, Deraemaeker A, Hemelrijck DV (2015) Crack sealing and damage recovery monitoring of a concrete healing system using embedded piezoelectric transducers, Structural Health Monitoring 14(5). https://doi.org/10.1177/1475921715596219 Grosse C, Ohtsu M (2008) Acoustic Emission Testing (Springer. Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-69972-9 Ziehl P, ElBatanouny M (2015) Low-level acoustic emission (AE) in the long-term monitoring of concrete, In: Acoustic Emission (AE) and Related Non-destructive Evaluation (NDE) Techniques in the Fracture Mechanics of Concrete: Fundamentals and Applications, pp. 217–236. https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-327-0.00011-8 Donoho D (1995) De-noising by soft-thresholding. IEEE Trans Inform Theory 41(3):613. https://doi.org/10.1109/18.382009 Planès T, Larose E (2013) A review of ultrasonic Coda Wave Interferometry in concrete. Cement Concrete Res 53:248. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.07.009 Planès T, Larose E, Margerin L, Rossetto V, Sens-Schönfelder C (2014) Decorrelation and phase-shift of coda waves induced by local changes: multiple scattering approach and numerical validation. Waves in Random and Complex Media 24(2):99. https://doi.org/10.1080/17455030.2014.880821 Delsaute B, Boulay C, Granja J, Carette J, Azenha M, Dumoulin C, Karaiskos G, Deraemaeker A, Staquet S (2016) Testing Concrete E-modulus at Very Early Ages Through Several Techniques: An Inter-laboratory Comparison. Strain 52(2):91. https://doi.org/10.1111/str.12172 Deraemaeker A, Worden K (2018) A comparison of linear approaches to filter out environmental effects in structural health monitoring. Mechanical systems and signal processing 105:1. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2017.11.045 Castillo E (1988) Extreme value theory in engineering (Academic Press. San Diego. https://doi.org/10.1016/c2009-0-22169-6 Fisher RA, Tippett LH (1928) Limiting forms of the frequency distribution of the largest or smallest member of a sample. Math Proc Cambridge Philosoph Soc 24(2):180. https://doi.org/10.1017/S0305004100015681 Deraemaeker A, Dumoulin C, Dervilis N, Cross EJ, Worden K (2019) Statistical analysis of damage indicators based on ultrasonic testing with embedded piezoelectric transducers, SMART 2019 - IX ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials pp. 251–262 Storn R, Price K (1997) Differential evolution—a simple and efficient Heuristic for Global Optimization over continuous spaces. J Global Opt 11(4):341. https://doi.org/10.1023/A:1008202821328 Worden K, Manson G, Sohn H, Farrar C (2005) Extreme value statistics from differential evolution for damage detection, Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series Worden K, Allen D, Sohn H, Stinemates D, Farrar CR (2002) Extreme Value Statistics for Damage Detection in Mechanical Structures. Tech. rep, Los Alamos National Laboratory Douglass AC, Harley JB (2018) Dynamic time warping temperature compensation for guided wave structural health monitoring. IEEE Trans Ultrasonics Ferroelectrics Frequency Control 65(5):851. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2018.2813278 Zhang Y, Tournat V, Abraham O, Durand O, Letourneur S, Le A, Lascoup B (2017) Nonlinear coda wave interferometry for the global evaluation of damage levels in complex solids. Ultrasonics 73:245. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2016.09.015 Shokouhi P, Rivière J, Lake CR, Le Bas PY (2017) Dynamic acousto-elastic testing of concrete with a coda-wave probe: comparison with standard linear and nonlinear ultrasonic techniques, T. Ulrich, Ultrasonics 81(2017):59. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2017.05.010 Sohn H, Worden K, Farrar C (2001) Novelty detection using auto-associative neural network, in Proc 2001 ASME Int. Mech Eng, Congress and Exposition, New York, USA Lämsä V, Kullaa J (2007) Dynamical extension of nonlinear factor analysis in structural health monitoring to remove environmental effects, in Proceedings of III ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials. Gdansk, Poland