كاربرد روش پردازش تصاوير در تعيين زمان تناوب سازه‌ها

Application of Image Processing to Determine the Natural Period of Buildingsʹ Vibration

زمان تناوب‌ سازه‌ها، یكی از خصوصیات دینامیكی مهم سازه‌ها به‌شمار می‌رود. مقدار زمان تناوب سازه‌ها (عكس فركانس)، مستقل از بارگذاری بوده و فقط به مشخصات سازه بستگی دارد. روش‌های مختلفی برای تعیین زمان تناوب ساز‌ه‌ها وجود دارد كه عبارتند از روش‌های تجربی، تحلیلی و آزمایشگاهی. در این تحقیق، زمان‌های تناوب یك سازه سه طبقه‌، به ‌روش آزمایش ارتعاش آزاد مورد مطالعه قرار گرفت. برای ایجاد ارتعاش در سازه، یك جابه‌جائی اولیه در بام سازه ایجاد شد و به‌طور ناگهانی آزاد گردید. این آزمایش‌ در دو جهت محلی سازه برای تعیین فركانس‌های طبیعی ارتعاش، انجام گرفت. برای اندازه‌گیری پاسخ سازه و تعیین زمان تناوب آن، از دو روش استفاده شد. در روش اول، پاسخ سازه با استفاده از دوربین با دقت بالا، ضبط شد و با پردازش تصاویر، زمان تناوب سازه تعیین شد. در روش دوم، پاسخ سازه به كمك یك دستگاه جی‌پی‌اس دو فركانسه، ثبت شد و سپس با تبدیل منحنی‌های اولیه به منحنی‌های ارتعاشی، زمان تناوب سازه محاسبه شد. اندازه‌گیری با جی‌پی‌اس برای كنترل نتایج حاصل از پردازش تصاویر صورت پذیرفت. برای كنترل نتایج حاصل از هر دو روش آزمایشگاهی، از روش تحلیلی نیز استفاده شد. بر اساس مطالعات انجام شده، فركانس‌های طبیعی (عكس زمان تناوب) سازه در جهت x، با استفاده از جی‌پی‌اس، پردازش تصاویر و روش تحلیلی، به ترتیب برابر 07/1، 09/1 و93/0 هرتز به‌دست آمد. همچنین مقادیر مربوطه در جهت y به كمك این سه روش به ترتیب برابر 13/1، 19/1 و 08/1 هرتز حاصل شد. نتایج حاصل از پردازش تصاویر با نتایج به‌دست آمده از جی‌پی‌اس بسیار نزدیك است ولی مقادیر حاصل از روش‌های آزمایشگاهی با مقادیر حاصل از روش تحلیلی، اندكی تفاوت دارد. این موضوع بخاطر این است كه در روش تحلیلی، مقداری خطا به دلیل شبیه‌سازی رفتار سازه در مدل كامپیوتری وارد می‌شود.

Natural period of vibration (or natural frequency) is one of the structural dynamic characteristics. It does not depend on seismic loading and depends only on buildingsʹ specifications. There are some analytical and experimental methods for determination of natural periods. In this paper, the natural periods of a three-story building are studied using free vibration test. This building seismically induced by initial displacement in X and Y directions. The structural responses are measured by strong video camera and two-frequency GPS device mounted on the roof. Image processing was used for determination of natural periods (or natural frequencies). The tests were repeated for two directions. Analytical methods were done for controlling of the experimental results. For example, the natural frequencies in X direction were determined 1.07, 1.09 and 0.93 Hz using GPS, image processing and analytical methods respectively. The natural frequencies for Y direction were also obtained 1.13, 1.19 and 1.08 Hz respectively. Comparing the results of the image processing and GPS measurements indicate good convergence results of the two methods in determination of the dynamic characteristics of structures. The results from analytical method also are the same as the experimental results approximately. The small error is due to simulation of the model in analytical software.