Autor(es): Leite, Jorge Aníbal de Andrade
Data: 2016
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10400.22/9307
Origem: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Assunto(s): Estádio do Dragão; Bancadas; Degraus de bancada; Modelação numérica; Ensaios dinâmicos; Calibração experimental; Algoritmos genéticos; Dragon Stadium; Stands; Seating deck units; Numerical modelation; Dynamic tests; Experimental calibration; Genetic algorithm; Estruturas
A presente dissertação visa a avaliação experimental e numérica do comportamento dinâmico dos degraus de bancada do estádio do Dragão, envolvendo a sua modelação numérica, a caracterização experimental das suas propriedades dinâmicas e a calibração baseada em algoritmos genéticos. Neste âmbito foram descritos os ensaios dinâmicos que usualmente são utilizados na caracterização dinâmica de estruturas, assim como as técnicas mais usuais de identificação modal. Foram também descritas as metodologias iterativas utilizadas na calibração de modelos de elementos finitos, tendo sido abordados os principais aspetos relacionados com análise de sensibilidade, as técnicas de emparelhamento de modos de vibração e a otimização com recurso a algoritmos genéticos. É ainda descrita uma metodologia de implementação computacional inovadora desenvolvida na articulação entre os programas comerciais ROBOT, EXCEL e MATLAB. O caso de estudo teve como foco um conjunto de degraus de bancada com um vão aproximado de 8 m, localizados na bancada inferior sul do estádio do Dragão. Para o efeito foi desenvolvido um modelo numérico constituído por 10 degraus de bancada o qual inclui os apoios dos degraus nas vigas de suporte das bancadas. Foi realizada a caracterização experimental do comportamento dinâmico das bancadas inferior norte e sul do estádio do Dragão, com base em duas campanhas de ensaios dinâmicos e que permitiram a caracterização das propriedades dinâmicas em termos de frequências naturais, modos de vibração e coeficientes de amortecimento. Foi ainda realizada uma inspeção visual aos degraus de bancada e realizado um ensaio de caracterização de betão com recurso a ultra-sons. A calibração numérica do modelo de elementos finitos foi realizada com base numa metodologia iterativa assente em algoritmos genéticos, e utilizando uma ferramenta computacional inovadora que compreende a articulação entre os programas comerciais ROBOT e MATLAB por aplicação de uma rotina API numa folha de cálculo EXCEL. O processo de calibração envolveu a resolução de um problema de otimização que consistiu na minimização de uma função objetivo que inclui os resíduos dos parâmetros modais numéricos e experimentais. A correspondência entre os modos de vibração foi realizada com recurso ao parâmetro MAC. Os resultados da calibração dos degraus de bancada do estádio do Dragão demonstraram uma muito boa aproximação entre os parâmetros modais numéricos e experimentais e uma significativa melhoria do modelo numérico antes da calibração. Por outro lado a estabilidade de um significativo número de parâmetros, considerando diferentes populações iniciais, provou a robustez do algoritmo genético no âmbito da otimização de modelos numéricos.
This thesis focuses on the experimental and numerical evaluation of the dynamic behavior of seating deck units of Dragão Stadium involving their numerical modeling, experimental characterization of its dynamic properties and calibration based on genetic algorithms. In this context dynamic tests have been described which are commonly used in dynamic characterization of structures, as well as the more usual techniques of modal identification. They have also been described iterative calibration methodologies used in finite element models having been covered the main aspects relating to sensitivity analysis of the vibration modes annealing techniques and optimization using a genetic algorithm. It is also described an innovative computational implementation methodology developed in coordination between software ROBOT, EXCEL and MATLAB. The case study focused on the seating deck units with a bench will approximate 8 m, located in the south stand of Dragão Stadium. For this purpose was developed a numerical model comprises 10 seating deck units which includes the support on the the raker beams of the stand. Experimental characterization of the dynamic behavior of the north and south stand of Dragão Stadium was carried out based on two dynamic test campaigns and allowed the characterization of dynamic properties in terms of natural frequencies, mode shapes and damping coefficients. It was further carried out a visual inspection of the seating deck units and carried out concrete characterization assay using the ultrasonic technic. The numerical calibration of the finite element model was based on iterative methodology based on genetic algorithms, and using an innovative software tool that understands the link between the software ROBOT and MATLAB by applying an API routine in EXCEL sheet. The calibration process involved solving an optimization problem that was the minimization of an objective function that includes residues of numerical and experimental modal parameters. The correspondence between the vibration modes was performed using the MAC parameter. The results of the calibration of the seating deck units of Dragão Stadium demonstrated a very good approximation between the numerical and experimental modal parameters and a significant improvement of the numerical model before calibration. Furthermore the stability of a significant number of parameters, considering different initial populations proved the robustness of the genetic algorithm in the context of optimization of numerical models.
