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Type: Dissertação
Title: Monitoramento da integridade estrutural utilizando modelos autorregressivos
Author: Kauss, Karin
First Advisor: Cury, Alexandre Abrahão
Co-Advisor: Barbosa, Flávio de Souza
Referee Member: Hallak, Patrícia Habib
Referee Member: Barros, Marcelo Miranda
Referee Member: Martins, Claudio José
Resumo: A população mundial está em constante crescimento e a evolução da sociedade e do estilo de vida cotidiano demandam construções de infraestruturas de grande porte que atendam às suas necessidades, tais como: pontes, viadutos, edifícios altos, entre outros. Estratégias baseadas no Monitoramento da Integridade Estrutural (do inglês, Structural Health Monitoring - SHM) possibilitam identificar danos presentes nas estruturas, além dos seus respectivos locais e intensidades, a partir de suas respostas dinâmicas. Assim, o SHM pode ser considerado uma ferramenta essencial para evitar possíveis falhas estruturais e aumentar a vida útil das estruturas. Neste trabalho, quatro modelos autorregressivos baseados em séries temporais - AR, ARMA, ARX e ARMAX - são utilizados para o processamento de sinais dinâmicos, extraindo deles parâmetros sensíveis ao dano estrutural em cenários danificados e não danificados das estruturas analisadas. Os níveis de dano são calculados a partir de um indicador, cujo valor é obtido através da Distância de Mahalanobis. Esses modelos foram aplicados a dados de quatro estruturas, sendo duas estruturas ensaiadas em laboratório: um pórtico de três andares, de pequeno porte, e um pórtico de quatro andares, de médio porte, além de duas estruturas reais de grande porte, atualmente em uso: um viaduto de 17,5 m de extensão e uma ponte com vão principal de 260 m. A partir da análise dos resultados, nota-se a relativa eficiência dos quatro modelos autorregressivos para detectar danos estruturais. Destaca-se a capacidade do modelo AR em alcançar bons resultados, registrando um tempo relativamente curto de execução dos códigos. Recomenda-se o uso do modelo AR de ordens menores, caso não tenha excitações dinâmicas registradas e disponíveis; e/ou o uso do modelo ARX, quando houver excitações dinâmicas registradas
Abstract: The World population is constantly increasing, the evolution of society as well as the daily lifestyle require the construction of large infrastructures that meet their needs, such as: bridges, viaducts, skyscrapers, among others. Strategies based on Structural Health Monitoring (SHM) make it possible to identify damage present in structures, in addition to their respective locations and intensities, through their dynamic responses. Thus, the SHM becomes an essential tool to avoid possible structural failures and increase the useful life of structures. In this work, four autoregressive models based on time series - AR, ARMA, ARX and ARMAX - are used for the processing of dynamic signals, extracting from them parameters sensitive to structural damage in damaged and undamaged scenarios of the analysed structures. Damage levels are calculated from an indicator, whose value is obtained through the Mahalanobis Distance. These models were applied to two structures tested in laboratory: a small-sized three-floor frame and a medium-sized four-floor frame; As well as two large real-world structures, which are completed and currently in use: a 17.5 m long viaduct and a bridge with a main span of 260 m. From the analysis of results, there is a relative efficiency of the four autorregressive models in detecting structural damage. It is important to highlight the AR model ability to achieve good results, registering a relatively short code execution time. The AR model is recommended in smaller orders, if there are no dinamic excitations registered and available; and/or the usage of the ARX model, whenever dinamic excitations are registered.
Keywords: Monitoramento da integridade estrutural
Modelos autorregressivos
Distância de Mahalanobis
Structural health monitoring
Autoregressive models
Mahalanobis distance
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PEC)
Access Type: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00197
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14527
Issue Date: 1-Aug-2022
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