Seismic Health Monitoring of high-rise buildings in Darwin, Australia

Seismic Structure Health Monitoring has become increasingly vital for ensuring the safety of civil engineering structures under seismic actions worldwide. This thesis focuses on optimizing the placement of accelerometers in multi-storey buildings, specifically Australian structures. Building on existing methodologies, this research extends a 2D method for optimal sensor placement by incorporating a 3D model that accounts for torsional modes. Initially, the generalized method was tested on simple 3D frames, demonstrating that sensor layouts derived from torsional modes often resemble those obtained from flexural modes alone. The method was then applied to a typical Australian building model and a real-world case study of the Atwood Building in Anchorage. Despite variations in natural frequencies under different seismic conditions, the optimal sensor placement remained consistent across scenarios, confirming that conclusions drawn from ambient vibrations are valid even under stronger seismic events. The thesis concludes that torsional modes do not significantly alter the optimal sensor layout, allowing the use of the simpler 2D method in most cases. However, when torsional behaviour is critical, capturing the torsional response can be essential for assessing the structure's health. To support practical applications, a MATLAB tool was developed to assist in determining the optimal sensor placement based on structural characteristics, offering a valuable resource for building owners and authorities.

Il monitoraggio della salute strutturale sta diventando sempre più importante a livello globale per garantire la sicurezza di opere di ingegneria civile sotto azioni sismiche. Questa tesi si concentra sull'ottimizzazione del posizionamento degli accelerometri in edifici multipiano, con un'attenzione speciale alle strutture australiane. Partendo da metodologie esistenti, questa ricerca estende un metodo in 2D dove solo i modi flessionali sono considerati per il posizionamento ottimale dei sensori, considerando un modello tridimensionale che tiene conto anche dei modi torsionali. Inizialmente, il metodo generalizzato è stato testato su telai 3D semplici, dimostrando che i layout dei sensori derivati dai modi torsionali spesso somigliano a quelli ottenuti dai soli modi flessionali. Successivamente, il metodo è stato applicato a un classico modello numerico di edificio australiano e a un caso studio dell'Atwood Building nella città di Anchorage. Nonostante le variazioni nelle frequenze naturali sotto diverse condizioni sismiche, il posizionamento ottimale dei sensori è rimasto coerente tra gli scenari, confermando che le conclusioni tratte dalle vibrazioni ambientali sono valide anche sotto eventi sismici più intensi. La tesi conclude che i modi torsionali non alterano significativamente il layout ottimale dei sensori, permettendo l'uso del metodo in 2D più semplice nella maggior parte dei casi. Tuttavia, quando il comportamento torsionale è critico, catturare la risposta torsionale può essere essenziale per valutare la salute della struttura. Per supportare applicazioni pratiche, è stato sviluppato uno strumento MATLAB per assistere nella determinazione del posizionamento ottimale dei sensori in base alle caratteristiche strutturali, offrendo una risorsa preziosa per proprietari di edifici e istituzioni.