LNEC (National Laboratory for Civil Engineering), Lisbon, powered by National Instruments

Utilização do Equipamento NI em Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estruturas

Alfredo Campos CostaEngenheiro Civil (PhD)

Investigador Principal do LNEC

Núcleo de Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estrutura - NESDEDepartamento de Estruturas - DE

NESDEUtilização do Equipamento NI em Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estruturas

Departamento de Estruturas - DE

Núcleo de Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estrutura Núcleo de Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estrutura NESDE Departamento de Estruturas NESDE Departamento de Estruturas -- DEDE

ActividadesActividades1. Avaliação da vulnerabilidade sísmica das construções por via

experimental - Utilização da plataforma sísmica do LNEC.

2. Modelização do comportamento sísmico real das estruturas.

3. Caracterização dinâmica de estruturas in situ. Ensaios de recepção de estruturas de grande porte.

4. Estudos de caracterização da Acção Sísmica – RSA


4. Estudos de caracterização da Acção Sísmica – RSA

5. Estudos de Risco Sísmico – Simulador em SIG

• 4 Investigadores

• 4 Estudantes de Doutoramento

Recursos HumanosRecursos Humanos

• 4 Técnicos de Experimentação

• 3 Administrativos

1. Metodologias de interpretação de ensaios sísmicos laboratoriais.

• Gestão dos sistemas de aquisição da National Instruments (NI) do NESDE.

2. Gestão da rede de macrosismógrafos do LNEC

• Desenvolvimento de software em LabView para acesso à informação aos

Actividades em desenvolvimento relacionadas com a NIActividades em desenvolvimento relacionadas com a NI

Métodos Experimentais em Dinâmica de Estruturas e Métodos Experimentais em Dinâmica de Estruturas e Engenharia SísmicaEngenharia Sísmica


• Desenvolvimento de software em LabView para acesso à informação aos

macrosismógrafos do LNEC.

• Disponibilização na Internet dos dados da rede de macrosismógrafos do

LNEC. Eventual utilização da página da SPES (integração da rede do IST).

3. Concepção de sistemas de observação dinâmica de estruturas (CIC).

• Sistema portátil de identificação das características dinâmicas in situ das

estruturas de grande porte (pontes, barragens, etc)

• Sistema permanente de observação dinâmica da estrutura do Aeroporto da Ilha da Madeira (início de 2001) >> NI + LabView

Desenvolvimento de novos procedimentos de aquisição

análise e interpretação de séries temporais obtidas nos

ensaios em plataforma sísmica realizadas no âmbito de projectos Nacionais e Europeus.

ESTUDO 1 ESTUDO 1 -- Metodologias de interpretação de ensaios Metodologias de interpretação de ensaios sísmicossísmicos

MAIN PC - Gateway

Gestão dos sistemas de aquisição da NI do NESDE.


HUB

Local DAQ System - POST 3



Gestão dos sistemas de aquisição da NI do NESDE


Equipamento dedicado à PS:

• 3 PCs locais ligados em rede (HUB) – 96 canais de aquisição.

• 3 Sistemas SCXI 1000 com uma NI 1200.


• 3 Sistemas SCXI 1000 com uma NI 1200.• Placa 1140 Analog Input - Acelerómetros

ICP.• Board 1520 para Extensometria – Medição

de forças

Rede de registo permanente de movimentos sísmicos (dinâmicos) intensos constituída por 6 macrosismógrafos - GeoSys

ESTUDO 2 ESTUDO 2 -- Gestão da rede de macrosismógrafos do Gestão da rede de macrosismógrafos do LNECLNEC


Desenvolvimento de software em LabView de gestão e análise de sinal.


Hierarquia dos módulos


Menu Principal

Maciço de Amarração da ponte 25 de Abril – Passagem de comboios (FERTAGUS)



Gestão da rede de macrosismógrafos do LNEC - GeoSys -



Integração com rotinas externas programadas em Fortran e compiladas em DLL >> (Call library function) >> grande eficiência e estabilidade.



ESTUDO 3 ESTUDO 3 -- Concepção de sistemas de observação Concepção de sistemas de observação dinâmica dinâmica in situin situ de estruturasde estruturas

Ensaios in situ de caracterização dinâmica de estruturas



Sistema portátil para ensaios dinâmicas in situ das estruturas

(1996)20 m

ES-U 2

ES-U 3

ES-U 1

ES-U 2

ES-U 3

ES-U 1

ES-U 2

ES-U 3

200 m

110 m

100 m

accelerometerspower supply and signal

conditioning units

conversiondata

acquisition

1

2

3

ES-U 1

123


ES-U 3

ES-U 1

ES-U 2

ES-U 3

ES-U 1

ES-U 2

ES-U 3

50 m

50 m

conversion

to BNC

laptop computer

SCXI-1200SCXI-1000DC

acquisition

board

4

5

• 15 Force Balance Acelerometers (Kinemetrics)

• Unidades de alimentação e condicionamento

(LNEC)

• Sistema de aquisição SCXI NI

• PC portátil com DaqCard 16XE50 da NI

Gestão dos sistemas de aquisição da NI do NESDE.• Conjunto de rotinas dedicados à aquisição, análise e interpretação de séries

temporais obtidas nos ensaios em plataforma sísmica realizadas no âmbito de

projectos Nacionais e Europeus.





(1996) Santarém bridge Santarém bridge –– Modal Identification:Modal Identification:

ANPSD (semi-sum of vertical records)

5.0

9 H

z

4.1

3 H

z

3.8

1 H

z3

.75

Hz

3.2

9 H

z

3.0

3 H

z

1.8

7 H

z

1.7

2 H

z

1.1

8 H

z

1.6

3 H

z

0.7

2 H

z

2.5

0 H

z

0.4

3 H

z

1.0E+01

1.0E+02

1.0E+03 a2a3

(a2 + a3)/2


Output-Only Modal Analysis using the Basic Frequency Domain Method >>

registos da ordem de 0,1mg de amplitude máxima.

5.0

9 H

z

4.1

3 H

z

3.8

1 H

z3

.75

Hz

6.0

1 H

z

1.0E-01

1.0E+00

1.0E+01

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00

frequency (Hz)



(1996) - Santarém bridge Santarém bridge –– Modal Identification:Modal Identification:

experimental - f = 0.43 Hz

14

ref. 23P1 P2 P3 P4 P8P7P6P520

1st vertical mode

20 P5 P6 P7 P8P4P3P2P114

ref.

2nd vertical mode


experimental - f=0,72 Hz

20

23

ref.


14

ref. 23P1 P2 P3 P4 P8P7P6P5

20

3rd vertical mode


14

ref.

23

P1 P2 P3 P4 P8P7P6P520

4th vertical mode

ESTUDO 3 ESTUDO 3 -- Concepção de sistemas de observação Concepção de sistemas de observação dinâmica permanente de estruturasdinâmica permanente de estruturas

Structure for Extension of the Madeira Island AirportStructure for Extension of the Madeira Island Airport

Vibration Based Monitoring System (VBI), Vibration Based Monitoring System (VBI),

Aeroporto da Ilha da Madeira (início de 1996) >> NI + LabView


32.0

P4

6

32

.09

.0

Phase 1Phase 1


Impulsive ResponseImpulsive Response ⇒⇒ Measured PointsMeasured Points

� Dynamic Effect of Landing & Taking off of Planes

Selected Instrumented AreaSelected Instrumented Area



P20

32.0

JUNTA ESTRUTURAL

1

2

P19P18

32.0 32.0

P17P16P15

32.032.032.032.0

P13

3

4

32.0

P12P11

32.032.032.0

P9P7

32.032.032.032.032.0

P6P5

5

P8

JUNTA ESTRUTURAL

P10 P14 P21

EIXO DAPISTA

32

.09

.03

2.0

32

.03

2.0

Impulsive ResponseImpulsive Response ⇒⇒ Measured PointsMeasured Points

� Dynamic Effect of Landing & Taking off of PlanesDAQ

Vertical AccelerometerVertical Accelerometer

TriaxialTriaxial AccelerometerAccelerometer



NESDEUtilização do Equipamento NI em Engenharia Sísmica e Dinâmica de Estruturas6 p

are

s

7 p

are

s

6 p

are

s

7 p

are

s

6 p

are

s

7 p

are

s

6 p

are

sTriaxialTriaxial AccelerometerAccelerometer

Long. ExtensionLong. Extension

TransTrans. Extension. Extension

PC + NI DAQ Board +

Internet Connection

Accelerations (Permanent InstrAccelerations (Permanent Instr. . –– 42 Total42 Total))

• Piezoelectric ACC (28 Total) – Vertical ACC

• Piezoelectric ACC (7 Total) – Transverse ACC

• Piezoelectric ACC (7 Total) – Longitudinal ACC




Data AcquisitionData Acquisition (Permanent Instr(Permanent Instr..))

• PC + NI Board + Internet Connection

Dynamic StrainsDynamic Strains (Permanent Instr(Permanent Instr. . –– 10 Total10 Total))

• Piezoelectric Extensometers (7 Total) – Long. Extension in Slabs

• Piezoelectric Extensometers (3 Total) – Trans. Extension in Beams

CONCLUSÕESCONCLUSÕES1. As soluções integradas desenvolvidas no LNEC que incorporam sistemas da NI

têm revelado:

• Excelente precisão e fiabilidade.

• Excelente robustez.

• Grande versatilidade « ausência de Black Boxes »

2. A utilização do LabView como ferramenta de desenvolvimento tornou-se no

NESDE a principal ferramenta de desenvolvimento de software:

• Excelentes performances sem “compilação” e ainda melhores depois de “compiladas”

com o Application Builder.


com o Application Builder.

• Nº considerável de VIs básicos já implementados e testados.

• Fácil integração de rotinas desenvolvidas noutras linguagens (FORTRAN e MATLAB)

3. A colaboração entre o LNEC e a NI vai alargar-se-á no futuro:

• Sistemas permanentes de monitorização em tempo real e acesso remoto (Labview

RT)

• Controlo activo de estruturas de Engª Civil através da implementação de

controladores PID irá ter grande desenvolvimento futuro “smart structures” (tese de

doutoramento).

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