GNSS hassas nokta konumlama tekniğinin düşey yönlü yapısal titreşimlerin ölçülmesinde kullanılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Son yirmi yıldır, yapıların dinamik davranışlarının GNSS ile ölçülmesi ve diğer sensörlerle birlikte yapı sağlığı izlemelerinde kullanılması popüler bir araştırma konusu olmuştur. Uzun asma köprü, viyadük, yüksek bina ve gökdelenlerin deprem ve rüzgar yükü gibi etkiler karşısındaki davranışlarında gerçek zamanlı kinematik ya da post-proses kinematik yöntem kullanılmıştır. Uluslararası GNSS (Global Navigation Satellite System) Servisi (IGS) vd. GNSS araştırma birimlerinin ürettiği yüksek doğruluklu yörünge ve saat bilgileri sayesinde, tek alıcıyla yüksek hassasiyet ve doğrulukta Hassas Nokta Konumlama (Precise Point Positioning-PPP) yöntemi kullanılarak koordinat bilgisi elde edilebilmektedir. GNSS-PPP yöntemindeki bu gelişmeler doğrultusunda bağıl (göreli) konum belirleme yerine kullanılabileceği alanların test edilmesi ve performansının ortaya konulması gereksinimi doğmuştur. Bu tez çalışmasında, tek GNSS alıcısı ile kinematik modda yüksek frekanslı düşey titreşimlerin Hassas Nokta Konumlama (PPP) ile ölçülebilirliğinin, yapı sağlığı izlemelerinde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, PPP ve bağıl konum belirleme yöntemleri karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma için düşey yönlü serbest sönümlü titreşim üreten uzunluk, kalınlık ve genişliğe sahip 3 farklı özellikte esnek çelik çubuklar kullanılmıştır. Her üç çubuk da kullanılarak bir dizi salınım deneyi yapılmıştır. PPP yönteminin ve bağıl yöntemin karşılaştırılması için zaman, konum ve frekans alanında, 0.94 ile 2.90 Hz arasında değişen farklı titreşim frekanslarına sahip dört durum seçilmiştir. Ayrıca, kinematik PPP çözümü üzerinde ultra rapid ve final hassas yörünge ürününün etkileri, düşey salınımın saptanması açısından incelenmiştir. Sonuçlar, yüksek frekanslı bir kinematik PPP yönteminin, uzun/orta/kısa menzilli asma köprülerin ve karayolu viyadüklerinin dinamik hareketlerini değerlendirmek amacıyla düşey titreşimlerin temel frekansını algılayabileceğini açıkça göstermiştir.For the past two decades, the dynamic behavior of structures has been measured by GNSS, and it has become a popular research topic to be used in Structural Health Monitoring with other sensors. In the behavior of long suspension bridge, viaduct, high building and skyscrapers against the effects such as earthquake and wind load, real-time kinematic or post-process kinematic method is used. Position can be obtained using Precise Point Positioning (PPP) method with high precision and accuracy with single receiver thanks to high accuracy orbit and clock information produced by GNSS research units, such as International GNSS (Global Navigation Satellite System) Service (IGS) and etc. The need for testing and performance of areas where GNSS-PPP can be used instead of relative positioning in the course of these developments has arisen. In this thesis study, the possibility of measuring high frequency vertical vibrations by using Precision Point Positioning (PPP) in kinematic mode with single GNSS receiver has been investigated in structural health monitoring. For this purpose, PPP and relative positioning techniques were compared. For this comparison, three different types of flexible steel bars with length, thickness and width producing vertical direction free damped vibration were used. A series of oscillation experiments were performed using each of the three bars. For comparison of the PPP method and the relative method, four cases were selected with different vibration frequencies ranging from 0.94 to 2.90 Hz. In addition, the effects of the ultra rapid and final precision orbit product on the kinematic PPP solution have been examined in terms of detection of vertical oscillation. The results demonstrate that a high frequency kinematic PPP method can detect the fundamental frequency of vertical vibrations in order to evaluate the dynamic movements of long/medium/short range suspended bridges and road viaducts.