Ανάλυση ευστάθειας πτερυγισμού καταστρωμάτων γεφυρών με τη μέθοδο βήμα προς βήμα

Ελμέζογλου, Γεώργιος; Elmezoglou, Georgios

dc.contributor.author	Ελμέζογλου, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Elmezoglou, Georgios	en
dc.date.accessioned	2016-06-30T09:54:53Z
dc.date.available	2016-06-30T09:54:53Z
dc.date.issued	2016-06-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42914
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.3926
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Καταστρώματα γεφυρών	el
dc.subject	Αεροδυναμικώς τραχέα σώματα	el
dc.subject	Παράγωγοι πτερυγισμού	el
dc.subject	Στρεπτοκαμπτική ταλάντωση	el
dc.subject	Παραμετρικός συντονισμός	el
dc.subject	Bridge decks	en
dc.subject	Bluff bodies	el
dc.subject	Flutter derivatives	el
dc.subject	Torsional-bending oscillation	el
dc.subject	Parametric resonance	en
dc.title	Ανάλυση ευστάθειας πτερυγισμού καταστρωμάτων γεφυρών με τη μέθοδο βήμα προς βήμα	el
dc.title	Flutter stability analysis for bridge decks using the step by step method	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Σιδηρές γέφυρες	el
heal.classification	Δυναμική ευστάθεια	el
heal.classification	Αεροδυναμική	el
heal.classification	Αεροελαστικότητα	el
heal.classification	Aerodynamic loads	en
heal.classification	Aeroelasticity	el
heal.classificationURI	http://skos.um.es/unesco6/330102
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85001300
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-23
heal.abstract	Ένα από τα είδη αστοχίας των γεφυρών και γενικά των κατασκευών που υπόκεινται σε αεροδυναμικές φορτίσεις, το οποίο δεν μπορεί να γίνει αντιληπτό με κανενός είδους εμπειρισμό και το οποίο έχει κοστίσει αρκετές καταρρεύσεις, είναι ο πτερυγισμός. Ο πτερυγισμός είναι ένα φαινόμενο δυναμικής αστάθειας, κατά το οποίο ο φορέας ταλαντώνεται με εκθετικά αυξανόμενο εύρος. Ο πτερυγισμός εκδηλώνεται σε ιδιαίτερα χαμηλές ταχύτητες ανέμου και εντείνεται μέσα σε ελάχιστα δευτερόλεπτα. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο μπορεί να γίνει επικίνδυνος: δεν τον προλαμβάνει ο εμπειρισμός, συμβαίνει εύκολα και γρήγορα και αν δεν αναλυθεί, μπορεί να οδηγήσει σε κατάρρευση, όπως οι γέφυρες Wheeling (Virginia, 1854), Tacoma Narrows (Washington, 1940), κ.α. Ιδίως μετά την περίφημη περίπτωση της Tacoma, οι ερευνητές και οι μελετητές μηχανικοί αναγκάστηκαν πλέον να αναθεωρήσουν τις έως τότε κραταιές αντιλήψεις περί στοιβαρότητας και ενισχύσεων. Εξʼ άλλου, οι γέφυρες που κατέρρευσαν, ήταν εξαιρετικά δύσκαμπτες και με συστήματα ενίσχυσης. Σήμερα είναι ευρέως γνωστό ότι η καταστροφή της γέφυρας Tacoma, σε πείσμα της ύπαρξης ενισχύσεων, οφείλετο στην αεροδυναμική μορφή του ιδίου του συστήματος ενίσχυσης, το οποίο είχε τη μορφή των αεροδυναμικώς τραχέων σωμάτων. Αυτά τα σώματα, εν αντιθέσει με τα αεροδυναμικά, είναι τάξεις μεγέθους πιο επιρρεπή στην αεροδυναμική αστάθεια. Ο πτερυγισμός, όπως όλα τα φαινόμενα αστάθειας, μπορεί να συμβεί σε καταπονήσεις πάρα πολύ μικρότερες από το όριο αστοχίας του φορέα, είτε αυτό είναι θραύση, διαρροή, όριο λειτουργικότητας, κ.λ.π. Οι στόχοι της εργασίας είναι κατʼ αρχήν η σύλληψη - κατανόηση του φαινομένου, η περιγραφή, η μελέτη, η ανάλυση και εν τέλει οι προτάσεις σχεδιασμού για αποφυγή του στις νεόδμητες γέφυρες, για την ενδεχόμενη αντιμετώπισή του στις υφιστάμενες και ερμηνεία του στις πληγείσες. Αυτά μπορούν να προκύψουν μόνο μέσω της κατάστρωσης της διαφορικής εξίσωσης κίνησης του καταστρώματος της γέφυρας και της επίλυσής της. Η κατάστρωση της εξίσωσης προϋποθέτει κατανόηση των αεροδυναμικών δράσεων. Παρουσιάζονται δύο θεωρίες για τον προσδιορισμό των, του Theodorsen και του Scanlan. Η επίλυση της εξίσωσης γίνεται με διάφορες αριθμητικές μεθόδους. Σε αυτήν τη μεταπτυχιακή εργασία γίνεται χρήση της Μεθόδου Βήμα Προς Βήμα, η οποία εισήχθη από τον Matsumoto (1995) και εξελίσσεται μέχρι σήμερα. Οι λόγοι επιλογής αυτής της μεθόδου, ήταν καλύτερη διάκριση του ρόλου των φορτίων στην κίνηση, η ξεκάθαρη απεμπλοκή του συζευγμένου συστήματος των στρεπτοκαμπτικών ταλαντώσεων ώστε να φαίνεται ποιός ή ποιοί βαθμοί ελευθερίας είναι υπεύθυνοι για το πρόβλημα, και η εντυπωσιακή ταχύτητα σύγκλισης (της τάξεως των λίγων μονάδων επαναλήψεων). Ελλείψει εξειδικευμένου προγράμματος Η/Υ, συνετάχθη κώδικας σε γλώσσα MATLAB® για την επίλυση του προβλήματος. Τα προκύπτοντα αποτελέσματα, πράγματι δείχνουν ότι πολύ χαμηλές ταχύτητες ανέμου οδηγούν το κατάστρωμα της εξεταζόμενης γέφυρας σε δυναμική αστάθεια και με έντονο, εκθετικό ρυθμό, παρόλο που η διατομή του καταστρώματος διαθέτει σοβαρή δυσκαμψία και δυστρεψία. Εν κατακλείδι, η μεταπτυχιακή αυτή εργασία θέλει να αναδείξει το πρόβλημα του πτερυγισμού, να επισημάνει την ανάγκη να μην επαναπαύεται ο μελετητής στις εμπειρικές του γνώσεις, αλλά να μελετά και με συστηματικό επιστημονικό τρόπο το πρόβλημα και τέλος να υπενθυμίσει ότι τα Μαθηματικά δεν είναι μία στείρα, μη εφαρμόσιμη θεωρητική γνώση για τον Πολιτικό Μηχανικό, ούτε απλά εργαλεία που χρησιμοποιούνται εν είδει έτοιμων κανονιστικών τύπων. Τα Μαθηματικά είναι θεμέλια της σκέψης του Μηχανικού.	el
heal.abstract	One of the types of failure of bridges and generally of constructions subjected to aerodynamic loadings, which cannot be realized with any kind of empiricism and has cost several collapses, it is the fluttering. The flutter is a phenomenon of dynamic instability, during which the body oscillates with an exponentially growing amplitude. The flutter occurs at very low wind speeds and intensifies within seconds. That is why it can be dangerous: empiricism cannot prevent it and happens easily. If not analyzed, it can lead to collapse, such as Wheeling (Virginia, 1854), Tacoma Narrows (Washington, 1940) bridges etc. Especially after the famous case of Tacoma, researchers and engineers were forced now to revise mighty conceptions of stiffness and reinforcements. Besides, the bridges that collapsed were extremely stiff. Today, it is widely known that the destruction of the Tacoma bridge, despite the existence of stiffeners, happened due to the shape of the stiffeners' system, which had the form of bluff bodies. These bodies, in contrast to the aerodynamic ones, are far more prone to aerodynamic instability. The flutter, like all instability phenomena, can happen at stresses too much smaller than the structural ultimate resistance, whether it is breakage, yield, functionality limit, etc. The purposes of this project are: in principle the conception - understanding of the phenomenon, the description, the study, the analysis and finally the design proposals for avoiding it at the new bridges, or the possible deal at the existing ones, or interpretation of the affected. These can only be achieved through the formation of the differential equations of bridge deck's motion and their solution. The preparation of the equation requires understanding of aerodynamic actions. Here are presented two theories about their determining; Theodorsen's and Scanlan's. Solution of the equation is obtained using numerical methods. In this thesis, Step By Step Method gets used. Introduced by Matsumoto (1995), is still in development. The reasons for choosing this method were: better distinguishing of the role each load plays to the motion, the clear disengagement of the coupled torsional - heaving oscillations, to show which degrees of freedom are responsible for the problem, and the impressive rate of convergence. The absence of specialized PC programs, lead the author to develope a MATLAB® code in order to solve the problem. The results obtained, do show that very low wind speeds are proficient for dynamic instability of the proposed bridge's deck with intense, exponential rate, despite the fact that the cross-section of the deck has severe bending and torsional stiffness. In conclusion, this master thesis intends to highlight the problem of flutter, to point out that empirical knowledge is inadequate. Studying the problem systematically and scientifically is a demand nowadays. Eventually, mathematics is neither a sterile or an inapplicable theoretical knowledge for the Civil Engineer, nor simply a tool used like ready-regulatory types. Mathematics is the foundation of Engineer's thinking.	en
heal.advisorName	Ραυτογιάννης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Ραυτογιάννης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Μιχάλτσος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Αβραάμ, Αναστάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	54 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true