Μελέτη Ταλαντώσεων Καταστρώματος και Καλωδίων Πεζογέφυρας "Calatrava" με την Μέθοδο της Μικροκυματικής Συμβολομετρίας

Abstract

Η συστηματική παρακολούθηση και ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς των κατασκευών έναντι σεισμικής δράσης, των εναλλασσόμενων φορτίσεων του ανέμου και άλλων φαινομένων αποτελεί βασική προϋπόθεση για την ασφαλή λειτουργία τους. Παραδοσιακά, ο προσδιορισμός των κινηματικών χαρακτηριστικών μιας κατασκευής επιτυγχάνεται με μεθόδους πειραματικής μηχανικής χρησιμοποιώντας αισθητήρες, όπως επιταχυνσιόμετρα, κλισίμετρα και πιο πρόσφατα αισθητήρες οπτικών ινών. Τα τελευταία χρόνια οι εφαρμογές του συστήματος GPS (Global Positioning System) και των γεωδαιτικών σταθμών αυτόματης αναγνώρισης και παρακολούθησης στόχου (Tracking Total Stations) καθιστούν τις συμβατικές γεωδαιτικές μεθόδους μια αξιόπιστη εναλλακτική μέθοδο για την καταγραφή των κινηματικών χαρακτηριστικών κατασκευών όπως υψηλες κατασκευες και γέφυρες. Επειδή όμως οι παραπάνω μέθοδοι για να εφαρμοστούν απαιτούν την εγκατάσταση εξοπλισμού πάνω στην υπό μελέτη κατασκευή (γενικώς δύσκολο, χρονοβόρο, επικίνδυνες συνθήκες), οι μελετητές έχουν στρέψει την προσοχή τους στα non-contact συστήματα που έχουν αναπτυχθεί τον τελευταίο καιρό όπως τα οπτικά συστήματα που χρησιμοποιούν τεχνικές ψηφιακών εικόνων. Επιπρόσθετα, η μικροκυμματική συμβολομετρία χαρακτηρίζεται ως η καταλληλότερη μέθοδος για την από απόσταση παρακολούθηση φαινομένων επί κατασκευών και πρόσφατα αναπτύχθηκε από Ιταλούς ερευνητές το σύστημα IBIS-S το οποίο βασίζεται στην μέθοδο της μικροκυμματικής συμβολομετρίας (τεχνική επίγειου radar). Η καινοτόμος αυτή τεχνολογια προσφέρει ακρίβειες οι οποίες δεν έχουν επιτευχθεί στο παρελθόν με κανένα από τα παραπάνω συστήματα. Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας αποτελεί η μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς (μετατοπίσεις και συχνότητες ταλάντωσης) της πεζογέφυρας που βρίσκεται στην συμβολή των Λ. Μεσογείων και Λ. Κανελλοπούλου (Κατεχάκη) χρησιμοποιώντας το σύστημα IBIS-S. Εξετάζειτην επίδραση τυχαίων φορτίσεων (λόγω της κυκλοφορίας των πεζών, του ανέμου και του ιδίου βάρους της κατασκευής) τόσο στο κυρίως σώμα της πεζογέφυρας (κατάστρωμα) όσο και στα καλώδια αναρτησής της. Η ανάλυση των μετρήσεων έγινε στα πεδία του Χώρου/Χρόνου και των Συχνοτήτων. Απο την ανάλυση των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι το καταστρώμα της κατασκευής εμφανίζει βασική συχνότητα ταλάντωσης 2.00 Hz και το εύρος ταλάντωσης του είναι 2.21 mm. Ενώ τα καλώδια ανάρτησης βρίσκονται μέσα στο ενεργό φάσμα απόκρισης [0,17] Hz με μέγιστο εύρος ταλάντωσης κοντά στα 13 mm και ελάχιστο περίπου 1 mm.

The systematic monitoring of the dynamic behavior of structures under several loading conditions (e.g. due to earthquakes, wind etc.) is indispensable to ensure their structural integrity, durability and reliability. Traditionally, the dynamic behavior of a structure has been relied on experimental mechanic methods with instruments such as accelerometers, inclinometers and more recently fiber optical sensors. In recent years, GPS (Global Positioning System) and Tracking Total Stations applications have also been applied successful as alternative methods of monitoring slender structures such as high rise structures and bridges. However, the implementation of deformational methods on the investigated structure prequisite equipment installation (in generally difficult, time-consuming and hazardous conditions), that leads researchers to reflect on recently developed non-contact sensors such as vision-based systems using digital image processing techniques. Additionally, very recently microwave interferometry has been investigated in structural deformation monitoring its ability to operate from distance and high accuracy potential. Latterly, Italian researchers designed and developed a new radar system which is based on microwave interferometry (IBIS-S System). Despite the fact that with microwave interferometry measure only 1-D displacements, can be attributed this innovative technology provides accuracy never seen before with none of the methods above. This diploma thesis, study the dynamic behavior (displacements and dominant frequencies), measured using system IBIS-S, of the pedestrian bridge which is located at the intersection of Avenues Mesogeion and Kanellopoulou (Katechaki), Athens (Greece). In particular investigates the effects of random loads (because of pedestrian’s movement, weight of structure and wind) at the deck and the suspension cables. The analysis of data realized in two fields. First field focuses in Time domain and second in Frequencies domain. The results of data produce a constant value of dominant frequency for the deck of bridge of 2.00 Hz and width of oscillation 2.21 mm. Values of dominant frequencies for the cables are in space [0,17] Hz, max width of oscillation is 13 mm and min about 1 mm.