Ανίχνευση φαινομένων συντονισμού σε κρεμαστές γέφυρες μέσω μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων

Κανιούρας, Χρήστος - Ανδρέας; Kaniouras, Christos - Andreas

dc.contributor.author	Κανιούρας, Χρήστος - Ανδρέας	el
dc.contributor.author	Kaniouras, Christos - Andreas	en
dc.date.accessioned	2018-04-30T10:03:01Z
dc.date.available	2018-04-30T10:03:01Z
dc.date.issued	2018-04-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46893
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8220
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	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μη γραμμικό	el
dc.subject	Δυναμική	el
dc.subject	Κρεμαστή γέφυρα	el
dc.subject	Καλώδιο	el
dc.subject	Φορτία ανέμου	el
dc.subject	Non linear	en
dc.subject	Dynamics	el
dc.subject	Suspension bridge	el
dc.subject	Cables	el
dc.subject	Wind loading	el
dc.title	Ανίχνευση φαινομένων συντονισμού σε κρεμαστές γέφυρες μέσω μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων	el
dc.title	Detection of Resonance Phenomena on Suspension Bridges through Nonlinear Dynamic Analyses	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ	el
heal.classification	ΣΤΑΤΙΚΗ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ	el
heal.classification	ΓΕΦΥΡΕΣ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/864b1056395b604e2a742799518d6f42083bf596
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/2a80a2e119d24970988f906c4e19065d9d4f9dce
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/86beb2fe673a4eb7ff875420da9053bd406e19bb
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-26
heal.abstract	Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η διερεύνηση της απόκρισης της κρεμαστής γέφυρας Angus L. Macdonald που βρίσκεται στο λιμάνι του Halifax στον Καναδά υπό δυναμικά φορτία, χρησιμοποιώντας λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων. Η προσοχή εστιάζεται στα δυναμικά φαινόμενα που εμφανίζονται σε μη γραμμικά συστήματα και συγκεκριμένα στα φαινόμενα που εμφανίζονται κατά την κατακόρυφη κίνηση της κρεμαστής γέφυρας. Αρχικά παρουσιάζεται θεωρία ιδιομορφικής και δυναμικής ανάλυσης καλωδίων σημαντικής κρέμασης επισημαίνοντας κύριους και δευτερεύοντες συντονισμούς όπως είναι ο υπεραρμονικός και ο υποαρμονικός συντονισμός. Στη συνέχεια περιγράφονται τα γεωμετρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του φορέα της κρεμαστής γέφυρας. Με χρήση του λογισμικού ADINA κατασκευάζεται επίπεδο προσομοίωμα του ενός επιπέδου καλωδίωσης της γέφυρας. Υπολογίζονται οι πρώτες δέκα ιδιομορφές και ιδιοσυχνότητες που αφορούν την κατακόρυφη κίνηση και συγκρίνεται με αναλυτικές λύσεις που δίνουν τις ιδιοσυχνότητες ενός καλωδίου με κρέμαση για την πρώτη συμμετρική και αντισυμμετρική ιδιομορφή. Ακολούθως, το προσομοίωμα φορτίζεται με αρμονικά φορτία εντός επιπέδου της καλωδίωσης και εκτελούνται μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις. Θεωρούνται οι περιπτώσεις συμμετρικής και αντισυμμετρικής κατανομής φορτίου, ενώ για κάθε μία από τις δύο περιπτώσεις συγκρίνονται διαφορετικές κατανομές και διαφορετικές τιμές της έντασης φόρτισης. Η μόνιμη απόκριση του κύριου καλωδίου σε όρους πλάτους ταλάντωσης και αξονικής τάσης απεικονίζεται σε διαγράμματα για συχνότητες φορτίου κοντά στην ιδιοσυχνότητα του συστήματος στοχεύοντας σε φαινόμενα θεμελιώδους συντονισμού, για συχνότητες μικρότερες της ιδιοσυχνότητας αναζητώντας υπεραρμονικούς συντονισμούς και για συχνότητες μεγαλύτερες της ιδιοσυχνότητας επιδιώκοντας την εμφάνιση υποαρμονικών και εσωτερικών συντονισμών. Παρατηρείται καμπύλωση των διαγραμμάτων προς χαμηλότερες συχνότητες στη συμμετρική φόρτιση που υποδεικνύει συμπεριφορά χαλάρωσης του συστήματος, ενώ στην περίπτωση της αντισυμμετρικής φόρτισης εμφανίζονται κορυφές του διαγράμματος για συχνότητες χαμηλότερες αλλά και υψηλότερες της ιδιοσυχνότητας. Επισημαίνεται ότι ο υπεραρμονικός συντονισμός δευτέρας τάξης είναι αξιοσημείωτος σε αντίθεση με τον υπεραρμονικό συντονισμό τρίτης τάξης. Επίσης εμφάνιση συντονισμών συχνότητας μεγαλύτερης της ιδιοσυχνότητας πραγματοποιείται μόνο για λόγο εξωτερικής συχνότητας προς ιδιοσυχνότητας ίσο με 2. Ο συντονισμός αυτός εσωτερικός μεταξύ της 1ης και 3ης συμμετρικής ιδιομορφής που μπορεί να ενεργοποιηθεί αφού εξελιχθεί πρώτα ο θεμελιώδης συντονισμός για την 3η συμμετρική ιδιομορφή. Και στις δύο περιπτώσεις δευτερευόντων συντονισμών η εμφάνισή τους απαιτεί σημαντικά φορτία. Παράλληλα αναζητούνται φαινόμενα παραμετρικού συντονισμού για τους αναρτήρες της γέφυρας. Τέλος, προκειμένου να διερευνηθεί η συμπεριφορά της κρεμαστής γέφυρας υπό ρεαλιστικά δυναμικά φορτία με συχνότητες κοντά στην περιοχή των ιδιοσυχνοτήτων της γέφυρας μελετάται φόρτιση εξαιτίας ανέμου. Κατόπιν παρουσίασης των φαινομένων και των φορτίων που εμφανίζονται σε κρεμαστές γέφυρες εξαιτίας ανέμων, παράγονται τεχνητές χρονοϊστορίες ταχύτητας ανέμου λαμβάνοντας υπόψη το φάσμα ταχυτήτων ανέμου του Ευρωκώδικα 1. Γίνονται απλοποιητικές υποθέσεις υπέρ της ασφαλείας όσον αφορά τα φορτία και τη χωρική κατανομή τους και εκτελούνται μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις με εστίαση της προσοχής στα φαινόμενα απόσχισης δινών και ταλάντωσης εξαιτίας ανεμοριπών (αεροκραδασμοί). Για τη διερεύνηση του φαινομένου απόσχισης δινών εκτελούνται μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις με αρμονικά ομοιόμορφα φορτία για ταχύτητες ανέμου έως 15m/s, ενώ στην περίπτωση των αεροκραδασμών εκτελούνται μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις με βάση τα τεχνητά διαγράμματα για ταχύτητες ανέμου έως και 50m/s. Παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα της κατακόρυφης μετατόπισης και της μέγιστης επιτάχυνσης του καταστρώματος για τις διάφορες ταχύτητες ανέμου, καθώς και οι συχνότητες και τα μη γραμμικά φαινόμενα που ενεργοποιούνται κατά τους αεροκραδασμούς μέσω διαγραμμάτων Fourier.	el
heal.abstract	The purpose of this paper is to investigate the response of the Angus L. Macdonald suspension bridge located at Halifax harbor in Canada under dynamic loads using finite element software. Attention is focused on the dynamic phenomena that appear in nonlinear systems, namely the phenomena that occur during the vertical movement of the suspension bridge. Initially, the theory of characteristic and dynamic analysis of hanging cables is presented highlighting main and secondary resonances such as superharmonic and subharmonic resonance. The geometrical and mechanical features of the suspension bridge carrier are described below. Using the ADINA software, a two dimensional model of one cable plane of the bridge is set up. The first ten eigenmodes and eigenfrequencies referring to vertical motion are calculated and compared with analytical formulas that provide the eigenfrequencies of the first symmetric and anti-symmetric eigenmodes of a sagged simple cable. Next the model is loaded with harmonic loads and nonlinear dynamic analyses are performed. The two cases of symmetric and antisymmetric loadings are considered, while for each of the two cases, several distributions and different values of the loads are compared. The steady-state response of the main cable, in terms of oscillation amplitude and axial stress, is shown in graphs for loading frequencies close to the natural frequencies of the system aiming at fundamental resonance phenomena, for frequencies smaller than the natural frequencies seeking superharmonic resonances and for frequencies larger than the natural frequencies, triggering subharmonic and internal resonances. The backbone curve of the diagrams is curved towards lower frequencies in the symmetric loading indicating softening behavior of the system, while in the case of antisymmetric loading, the peaks of the diagram appear for frequencies both smaller and larger than the natural frequency. It is shown that second-order superharmonic resonance is considerable in contrast to third-order superharmonic resonance. Moreover, occurrence of resonances at loading frequency larger than the natural frequency develops only for a ratio of loading frequency to natural frequency equal to 2. This is an internal resonance between the 1st and 3rd symmetric eigenmodes, which can be triggered after the fundamental resonance for the 3rd symmetric eigenmode has developed. In both of the above cases of secondary resonances their emergence requires considerable loads. Parametric resonance phenomena for the hangers are also investigated. Finally, in order to investigate the behavior of the suspension bridge under realistic dynamic loads with frequencies close to the domain of natural frequencies of the bridge, wind loading is studied. Following the presentation of phenomena and forces that occur on suspension bridges due to winds, artificial time-histories of wind velocity are produced taking into account the wind velocity spectrum of Eurocode 1. Conservative assumptions with the purpose of simplification regarding the loading and its spatial distribution are made, and nonlinear dynamic analyses are performed focusing on the phenomena of vortex shedding and buffeting. For the investigation of oscillations due to vortex shedding, nonlinear dynamic analyses are carried out with uniform harmonic loads for wind velocities up to 15m/s, while in case of buffeting nonlinear dynamic analyses are carried out based on the artificial time-histories for wind velocities up to 50m/s. Results of vertical displacement and maximum vertical acceleration of the deck for different wind velocities, as well as through Fourier graphs the frequencies and the nonlinear phenomena activated during buffeting, are presented and commented upon.	en
heal.advisorName	Γαντές, Χάρης	el
heal.committeeMemberName	Γαντές, Χάρης	el
heal.committeeMemberName	Παύλος, Θανόπουλος	el
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	114 σ.
heal.fullTextAvailability	true