Hybrid wired/wireless PROFIBUS networks supported by bridges/routers

Fieldbus networks are becoming increasingly popular in industrial computer-controlled systems. More recently, there has been the desire to extend the capabilities of fieldbuses to cover functionalities not previously considered in such networks, with particular emphasis on industrial wireless communications. Thinking about wireless means considering hybrid wired/wireless solutions capable of interoperating with legacy (wired) systems. One possible solution is to use intermediate systems (IS) acting as repeaters to interconnect the wired and wireless parts. In contrast, we analyze a solution where intermediate systems are implemented as bridges/routers. We detail the main advantages in terms of dependability and timeliness, and propose mechanisms to manage message transactions and intercell mobility.

Analysis of the Out-Of-Plane Seismic Behavior of Unreinforced Masonry: A Literature Review

Although the issue of the out-of-plane response of unreinforced masonry structures under earthquake excitation is well known with consensus among the research community, this issue is simultaneously one of the more complex and most neglected areas on the seismic assessment of existing buildings. Nonetheless, its characterization should be found on the solid knowledge of the phenomenon and on the complete understanding of methodologies currently used to describe it. Based on this assumption, this article presents a general framework on the issue of the out-of-plane performance of unreinforced masonry structures, beginning with a brief introduction to the topic, followed by a compact state of art in which the principal methodologies proposed to assess the out-of-plane behavior of unreinforced masonry structures are presented. Different analytical approaches are presented, namely force and displacement-based, complemented with the presentation of existing numerical tools for the purpose presented above. Moreover, the most relevant experimental campaigns carried out in order to reproduce the phenomenon are reviewed and briefly discussed.

Experimental characterization of the out-of-plane performance of regular stone masonry walls, including test setups and axial load influence

Stone masonry is one of the oldest and most worldwide used building techniques. Nevertheless, the structural response of masonry structures is complex and the effective knowledge about their mechanical behaviour is still limited. This fact is particularly notorious when dealing with the description of their out-of-plane behaviour under horizontal loadings, as is the case of the earthquake action. In this context, this paper describes an experimental program, conducted in laboratory environment, aiming at characterizing the out-of-plane behaviour of traditional unreinforced stone masonry walls. In the scope of this campaign, six full-scale sacco stone masonry specimens were fully characterised regarding their most important mechanic, geometric and dynamic features and were tested resorting to two different loading techniques under three distinct vertical pre-compression states; three of the specimens were subjected to an out-of-plane surface load by means of a system of airbags and the remaining were subjected to an out-of-plane horizontal line-load at the top. From the experiments it was possible to observe that both test setups were able to globally mobilize the out-of-plane response of the walls, which presented substantial displacement capacity, with ratios of ultimate displacement to the wall thickness ranging between 26 and 45 %, as well as good energy dissipation capacity. Finally, very interesting results were also obtained from a simple analytical model used herein to compute a set of experimental-based ratios, namely between the maximum stability displacement and the wall thickness for which a mean value of about 60 % was found.

Simulation of masonry out-of-plane failure modes by multi-body dynamics

The seismic assessment of the local failure modes in existing masonry buildings is currently based on the identification of the so-called local mechanisms, often associated with the out-of-plane wall behavior, whose stability is evaluated by static force-based approaches and, more recently, by some displacement-based proposals. Local mechanisms consist of kinematic chains of masonry portions, often regarded as rigid bodies, with geometric nonlinearity and concentrated nonlinearity in predefined contact regions (unilateral no-tension behavior, possible sliding with friction). In this work, the dynamic behavior of local mechanisms is simulated through multi-body dynamics, to obtain the nonlinear response with efficient time history analyses that directly take into account the characteristics of the ground motion. The amplification/filtering effects of the structure are considered within the input motion. The proposed approach is validated with experimental results of two full-scale shaking-table tests on stone masonry buildings: a sacco-stone masonry façade tested at Laboratório Nacional de Engenharia Civil and a two-storey double-leaf masonry building tested at European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering (EUCENTRE).

Efficiency of strengthening techniques assessed for existing masonry buildings

The Azores archipelago is a zone with a vast cultural heritage, presenting a building stock mainly constructed in traditional stone masonry. It is known that this type of construction exhibits poor behaviour under seismic excitations; however it is extensively used in seismic prone areas, such as this case. The 9th of July of 1998 earthquake was the last seismic event in the islands, leaving many traditional stone constructions severely damaged or totally destroyed. This scenario led to an effort by the local government of improving the seismic resistance of these constructions, with the application of several reinforcement techniques. This work aims to study some of the most used reinforcement schemes after the 1998 earthquake, and to assess their effectiveness in the mitigation of the construction’s seismic vulnerability. A brief evaluation of the cost versus benefit of these retrofitting techniques is also made, seeking to identify those that are most suitable for each building typology. Thus, it was sought to analyze the case of real structures with different geometrical and physical characteristics, by establishing a comparison between the seismic performance of reinforced and non-reinforced structures. The first section contains the analysis of a total of six reinforcement scenarios for each building chosen. Using the recorded 1998 earthquake accelerograms, a linear time-history analysis was performed for each reinforcement scenario. A comparison was then established between the maximum displacements, inter-storey drift and maximum stress obtained, in order to evaluate the global seismic response of each reinforced structure. In the second part of the work, the examination of the performance obtained in the previous section, in relation to the cost of implementing each reinforcement technique, allowed to draw conclusions concerning the viability of implementing each reinforcement method, based on the book value of the buildings in study.

Direcção de obra – obras de arte auto-estrada Transmontana – área 3

Este relatório diz respeito ao trabalho desenvolvido em ambiente de estágio académico numa Empreitada compreendendo Obras de Arte Correntes e Obras de Arte Especiais inseridas em traçado actual do IP4 que está a ser transformado em Auto-Estrada. As Obras de Arte Correntes compreendem Passagens Superiores, Passagens Inferiores e Passagens superiores de Nó. As Obras de Arte Especiais compreendem duas Pontes com vãos distintos. Todas as Obras de Arte referidas neste relatório contemplam uma solução mista de betão armado “in situ” e tabuleiros com vigas e pré-lajes em betão pré-fabricado. Além da descrição de todas as actividades realizadas em betão armado “in situ”, desde as fundações até ao tabuleiro, descreve também a execução dos diversos tipos de trabalhos de acabamentos. Além das actividades de construção civil, é efectuada uma descrição das actividades a cujo processo de realização estão associados trabalhos de concepção e desenvolvimento, como é o caso dos cimbres. Este relatório faz uma descrição abrangente das funções da Direcção de Obra numa Empreitada de Obras de Arte, que para além da execução da obra, com todas as actividades que lhe são inerentes, compreende várias áreas funcionais que fazem parte de uma empresa de construção civil, como a área comercial, financeira, planeamento, aprovisionamento, controlo orçamental, gestão contratual, gestão de subempreitadas e gestão da qualidade, ambiente e segurança.

Ontology mapping evolution

Introdução Hoje em dia, o conceito de ontologia (Especificação explícita de uma conceptualização [Gruber, 1993]) é um conceito chave em sistemas baseados em conhecimento em geral e na Web Semântica em particular. Entretanto, os agentes de software nem sempre concordam com a mesma conceptualização, justificando assim a existência de diversas ontologias, mesmo que tratando o mesmo domínio de discurso. Para resolver/minimizar o problema de interoperabilidade entre estes agentes, o mapeamento de ontologias provou ser uma boa solução. O mapeamento de ontologias é o processo onde são especificadas relações semânticas entre entidades da ontologia origem e destino ao nível conceptual, e que por sua vez podem ser utilizados para transformar instâncias baseadas na ontologia origem em instâncias baseadas na ontologia destino. Motivação Num ambiente dinâmico como a Web Semântica, os agentes alteram não só os seus dados mas também a sua estrutura e semântica (ontologias). Este processo, denominado evolução de ontologias, pode ser definido como uma adaptação temporal da ontologia através de alterações que surgem no domínio ou nos objectivos da própria ontologia, e da gestão consistente dessas alterações [Stojanovic, 2004], podendo por vezes deixar o documento de mapeamento inconsistente. Em ambientes heterogéneos onde a interoperabilidade entre sistemas depende do documento de mapeamento, este deve reflectir as alterações efectuadas nas ontologias, existindo neste caso duas soluções: (i) gerar um novo documento de mapeamento (processo exigente em termos de tempo e recursos computacionais) ou (ii) adaptar o documento de mapeamento, corrigindo relações semânticas inválidas e criar novas relações se forem necessárias (processo menos existente em termos de tempo e recursos computacionais, mas muito dependente da informação sobre as alterações efectuadas). O principal objectivo deste trabalho é a análise, especificação e desenvolvimento do processo de evolução do documento de mapeamento de forma a reflectir as alterações efectuadas durante o processo de evolução de ontologias. Contexto Este trabalho foi desenvolvido no contexto do MAFRA Toolkit1. O MAFRA (MApping FRAmework) Toolkit é uma aplicação desenvolvida no GECAD2 que permite a especificação declarativa de relações semânticas entre entidades de uma ontologia origem e outra de destino, utilizando os seguintes componentes principais: Concept Bridge – Representa uma relação semântica entre um conceito de origem e um de destino; Property Bridge – Representa uma relação semântica entre uma ou mais propriedades de origem e uma ou mais propriedades de destino; Service – São aplicados às Semantic Bridges (Property e Concept Bridges) definindo como as instâncias origem devem ser transformadas em instâncias de destino. Estes conceitos estão especificados na ontologia SBO (Semantic Bridge Ontology) [Silva, 2004]. No contexto deste trabalho, um documento de mapeamento é uma instanciação do SBO, contendo relações semânticas entre entidades da ontologia de origem e da ontologia de destino. Processo de evolução do mapeamento O processo de evolução de mapeamento é o processo onde as entidades do documento de mapeamento são adaptadas, reflectindo eventuais alterações nas ontologias mapeadas, tentando o quanto possível preservar a semântica das relações semântica especificadas. Se as ontologias origem e/ou destino sofrerem alterações, algumas relações semânticas podem tornar-se inválidas, ou novas relações serão necessárias, sendo por isso este processo composto por dois sub-processos: (i) correcção de relações semânticas e (ii) processamento de novas entidades das ontologias. O processamento de novas entidades das ontologias requer a descoberta e cálculo de semelhanças entre entidades e a especificação de relações de acordo com a ontologia/linguagem SBO. Estas fases (“similarity measure” e “semantic bridging”) são implementadas no MAFRA Toolkit, sendo o processo (semi-) automático de mapeamento de ontologias descrito em [Silva, 2004].O processo de correcção de entidades SBO inválidas requer um bom conhecimento da ontologia/linguagem SBO, das suas entidades e relações, e de todas as suas restrições, i.e. da sua estrutura e semântica. Este procedimento consiste em (i) identificar as entidades SBO inválidas, (ii) a causa da sua invalidez e (iii) corrigi-las da melhor forma possível. Nesta fase foi utilizada informação vinda do processo de evolução das ontologias com o objectivo de melhorar a qualidade de todo o processo. Conclusões Para além do processo de evolução do mapeamento desenvolvido, um dos pontos mais importantes deste trabalho foi a aquisição de um conhecimento mais profundo sobre ontologias, processo de evolução de ontologias, mapeamento etc., expansão dos horizontes de conhecimento, adquirindo ainda mais a consciência da complexidade do problema em questão, o que permite antever e perspectivar novos desafios para o futuro.

Métodos construtivos de pontes

Para a construção de uma estrutura há diversos factores que influenciam a sua concepção, tais como o vão, a topografia do local, acessibilidades, os possíveis acidentes do terreno, como cursos de água ou a sua função. É de ressalvar ainda que o enquadramento paisagístico cada vez mais é tido em conta, embora não seja determinante para a sua função ou dimensionamento. Na construção de pontes existe uma grande variedade de métodos construtivos a usar variando estes com a dimensão da obra ou com a disponibilidade de equipamento por parte do empreiteiro. Cada vez mais deverá ser bem analisado o sistema a usar, uma vez que o custo do processo construtivo constitui uma percentagem elevada do valor final da obra, podendo ser reduzidos os custos pela escolha acertada do método. Com a presente dissertação pretende-se analisar os diferentes métodos construtivos existentes no mercado, sendo estes distinguidos entre sistemas com aplicação de préfabricação ou com betonagem in-situ, e ainda o processo a usar em função do vão a vencer.

Operational modal monitoring of ancient structures using wireless technology

Operational Modal Analysis is currently applied in structural dynamic monitoring studies using conventional wired based sensors and data acquisition platforms. This approach, however, becomes inadequate in cases where the tests are performed in ancient structures with esthetic concerns or in others, where the use of wires greatly impacts the monitoring system cost and creates difficulties in the maintenance and deployment of data acquisition platforms. In these cases, the use of sensor platforms based on wireless and MEMS would clearly benefit these applications. This work presents a first attempt to apply this wireless technology to the structural monitoring of historical masonry constructions in the context of operational modal analysis. Commercial WSN platforms were used to study one laboratory specimen and one of the structural elements of a XV century building in Portugal. Results showed that in comparison to the conventional wired sensors, wireless platforms have poor performance in respect to the acceleration time series recorded and the detection of modal shapes. However, for frequency detection issues, reliable results were obtained, especially when random excitation was used as noise source.

Bridge architecture to interconnect hybrid wired/wireless PROFIBUS networks

The integration of wired and wireless technologies in modern manufacturing plants is now of paramount importance for the competitiveness of any industry. Being PROFIBUS the most widely used technology in use for industrial communications, several solutions have been proposed to provide PROFIBUS networks with wireless communications. One of them, the bridge-based hybrid wired/wireless PROFIBUS network approach, proposes an architecture in which the Intermediate Systems operate at Data Link Layer level, as bridges. In this paper, we propose an architecture for the implementation of such a bridge and the required protocols to handle communication between stations in different domains and the mobility of wireless stations.

Repeater vs. Bridge-based hybrid wired/wireless PROFIBUS networks: a comparative performance analysis

In the last years, several solutions have been proposed to extend PROFIBUS in order to support wired and wireless network stations in the same network. In this paper we compare two of those solutions, one in which the interconnection between wired and wireless stations is made by repeaters and another in which the interconnection is made by bridges. The comparison is both qualitative and numerical, based on simulation models of both architectures.

A wireless sensor network platform for structural health monitoring: enabling accurate and synchronized measurements through COTS+custom-based design

Structural health monitoring has long been identified as a prominent application of Wireless Sensor Networks (WSNs), as traditional wired-based solutions present some inherent limitations such as installation/maintenance cost, scalability and visual impact. Nevertheless, there is a lack of ready-to-use and off-the-shelf WSN technologies that are able to fulfill some most demanding requirements of these applications, which can span from critical physical infrastructures (e.g. bridges, tunnels, mines, energy grid) to historical buildings or even industrial machinery and vehicles. Low-power and low-cost yet extremely sensitive and accurate accelerometer and signal acquisition hardware and stringent time synchronization of all sensors data are just examples of the requirements imposed by most of these applications. This paper presents a prototype system for health monitoring of civil engineering structures that has been jointly conceived by a team of civil, and electrical and computer engineers. It merges the benefits of standard and off-the-shelf (COTS) hardware and communication technologies with a minimum set of custom-designed signal acquisition hardware that is mandatory to fulfill all application requirements.

Estudo de atirantamentos ancorados no plano perpendicular às fachadas de Alvenaria. Análise de proposta de dimensionamento

O conceito de atirantamento surgiu no contexto de promover a interação global dos edifícios, nomeadamente, estabelecer as referidas ligações, de modo a prevenir o derrubamento para o exterior das paredes de fachada, perante a ocorrência de ação sísmica ou assentamento das fundações. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo, estudar o comportamento dos atirantamentos ancorados no plano perpendicular das fachadas, quando solicitados à tração. No entanto, como as alvenarias são elementos heterogéneos, houve necessidade de desarticular os atirantamentos e estudar cada uma das partes que o compõe: tirantes injetados em alvenarias e sistemas de ancoragem. Em primeiro lugar, foi elaborado um estudo preliminar sobre tirantes injetados em alvenarias, o qual incidiu no seu dimensionamento, na análise de sensibilidade, apresentação de um caso de estudo e comparação de resultados. Numa segunda fase fez-se uma revisão bibliográfica dos tipos de Sistemas de Ancoragens mais comuns, onde foram mencionados alguns aspetos, nomeadamente a importância, o objetivo e condições da sua aplicação. Por último, associaram-se as duas componentes e foram estudados os Atirantamentos. Fezse um estudo da sua utilização e do seu interesse de aplicação. Foi também analisada uma forma de metodologia de dimensionamento, quando inseridos em alvenarias de tijolo e pedra. Finalizado este estudo foram traçadas as conclusões e sugeridas perspetivas futuras.

Análise de fadiga de uma ponte ferroviária com tabuleiro misto vigado sob ação de tráfego de mercadorias

A presente dissertação centra-se no estudo de fadiga de uma ponte ferroviária com tabuleiro misto vigado pertencente a uma via de transporte de mercadorias. O caso de estudo incide sobre a ponte ferroviária sobre o rio do Sonho, localizada na Estrada de Ferro de Carajás situada no nordeste do Brasil. Nesta linha circulam alguns dos maiores comboios de mercadoria do mundo com cerca de 3.7 km de extensão e com cargas por eixo superiores a 300 kN. Numa primeira fase apresentam-se diversas metodologias de análise da fadiga em pontes ferroviárias metálicas. É também descrita a ferramenta computacional FADBridge, desenvolvida em ambiente MATLAB, e que possibilita o cálculo sistematizado e eficiente do dano de fadiga em detalhes construtivos de acordo com as indicações dos eurocódigos. Em seguida são abordadas as metodologias numéricas utilizadas para a realização das análises dinâmicas do sistema ponte-comboio e os aspetos regulamentares a ter em consideração no dimensionamento de pontes ferroviárias. O modelo numérico de elementos finitos da ponte foi realizado com recurso ao programa ANSYS. Com base neste modelo foram obtidos os parâmetros modais, nomeadamente as frequências naturais e os modos de vibração, tendo sido também analisada a importância do efeito compósito via-tabuleiro e a influência do comportamento não linear do balastro. O estudo do comportamento dinâmico da ponte foi realizado por intermédio de uma metodologia de cargas móveis através da ferramenta computacional Train-Bridge Interaction (TBI). As análises dinâmicas foram efetuadas para a passagem dos comboios reais de mercadorias e de passageiros e para os comboios de fadiga regulamentares. Nestas análises foi estudada a influência dos modos de vibração globais e locais, das configurações de carga dos comboios e do aumento da velocidade de circulação, na resposta dinâmica da ponte. Por último, foi avaliado o comportamento à fadiga de diversos detalhes construtivos para os cenários de tráfego regulamentar e reais. Foi ainda analisada a influência do aumento da velocidade, da configuração de cargas dos comboios e da degradação da estrutura nos valores do dano por fadiga e da respetiva vida residual.

Estudo Paramétrico e desenvolvimento de folha de cálculo para optimização de tabuleiros pré-fabricados de Obras de Arte Correntes

Mestrado em Engenharia Civil - Estruturas