Author(s): Antunes, Daniel Mendes
Date: 2017
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/8372
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa
Subject(s): Ponte pedonal; Dinâmica de estruturas; Ensaios de vibração ambiental; Identificação modal; Comportamento dinâmico; Modelo numérico; Footbridge; Structural dynamics; Ambient vibration tests; Modal identification; Dynamic behaviour; Numerical models
Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil na área de Especialização de Estruturas
Neste trabalho apresenta-se um estudo que envolve a observação e análise do comportamento dinâmico de uma ponte pedonal, através da análise e comparação de resultados de modelos numéricos e resultados experimentais obtidos com a realização de ensaios de vibrações, tendo em vista a caracterização dos parâmetros fundamentais da resposta dinâmica, designadamente frequências naturais e modos de vibração. Numa primeira fase apresenta-se uma revisão sobre os fundamentos da abordagem clássica da dinâmica de estruturas, no domínio do tempo e da frequência, e um estudo sobre a formulação de estado, para osciladores de um grau de liberdade, que posteriormente é generalizada para sistemas de vários graus de liberdade, recorrendo-se a um modelo físico de uma viga metálica, idealizado com três graus de liberdade. São introduzidos e discutidos os principais aspetos relacionados com a ação de peões, em pontes pedonais, e alguns procedimentos e requisitos regulamentares utilizados em projetos de obras deste tipo. Abordam-se os conceitos essenciais à realização de ensaios dinâmicos, apresentando os principais tipos de ensaios, as metodologias e equipamentos associados, focando-se principalmente nos ensaios de vibração ambiental. Discutem-se alguns dos principais cuidados a ter no processamento da informação experimental, adquirida nesse tipo de ensaios. São também descritos alguns métodos de identificação modal, que permitem identificar as características dinâmicas das estruturas, a partir de séries temporais de aceleração, obtidas em ensaios de vibração ambiental. A introdução desses conceitos foi baseada na aplicação a resultados gerados numericamente e obtidos experimentalmente, para o modelo físico de uma viga metálica, idealizado com três graus de liberdade. O trabalho termina com a apresentação do estudo de caso da referida ponte pedonal, que envolve a caracterização do seu comportamento dinâmico, tendo como ponto de partida a apresentação das principais hipóteses assumidas para o desenvolvimento do modelo numérico. Segue-se uma descrição de dois ensaios de vibração ambiental, realizados com o intuito de avaliar os parâmetros modais da obra: o primeiro recorrendo a um sistema de observação clássico (sistema de aquisição de dados e sensores); e o segundo recorrendo apenas à utilização de um Smartphone, que pode ser interessante numa análise preliminar. Finalmente, é efetuada uma comparação entre resultados experimentais e numéricos com o intuito de calibrar o modelo numérico da estrutura.
This work presents a study that involves the observation and analysis of a pedestrian bridge’s dynamic behavior, through analysis and comparison of results from numerical models and experimental results obtained from the execution of vibration tests, in order to characterize their dynamic parameters, namely natural frequencies and modes of vibration. In a first phase is presented a review on the main concepts of the classic approach of structural dynamics, in the time and frequency domain, and is shown a study of the state space formulation for oscillators of a single degree of freedom which is later generalized to multi degrees of freedom systems, using a physical model of a steel beam, idealized with three degrees of freedom. The main aspects related to the pedestrian load in pedestrian bridges are introduced and discussed, as well as some procedures and codes requirements used in this type of projects. In this work, it’s also discussed the essential concepts to carry out dynamic tests, presenting the main types of these tests, methodologies and related equipment, focusing mainly on the ambient vibration tests. Additionally, some of the main cautions to be taken in the processing of experimental data, acquired in this type of tests are also discussed. An important part of this work is the description of modal identification methods. These methods allow the identification of the dynamic characteristics of the structures, from the time series of acceleration obtained in ambient vibration tests. The introduction of these concepts was based on the application to results generated numerically and obtained experimentally, for the physical model of a steel beam, idealized with three degrees of freedom. This work ends with the introduction of the case study of a pedestrian bridge, which involves the characterization of its dynamic behavior starting with the presentation of the main hypotheses assumed for the development of the numerical model. After will be presented a description of two ambient vibration tests carried out with the purpose of evaluating the modal parameters of these structure: first, using a classic observation system (data acquisition system and sensors); and second using only a Smartphone, which may be interesting as a preliminary analysis. Finally, a comparison is made between experimental and numerical results in order to calibrate the numerical model of the structure.
