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A monitorização do comportamento dinâmico de estruturas é uma forma eficaz de despistar a ocorrência de alguma alteração desse comportamento e, desta forma, dispor de uma avaliação contínua da integridade estrutural. O elevado volume de informação gerado por um sistema de monitorização dinâmica torna necessário o desenvolvimento de algoritmos que realizem de forma automática o processamento dessa informação, extraindo os parâmetros modais da estrutura.
O presente trabalho pretende contribuir para uma mais eficiente automatização da identificação dinâmica de estruturas, através do desenvolvimento de um algoritmo para esse efeito e da sua aplicação aos dados provenientes do sistema de monitorização dinâmica da ponte de São João, procurando-se também caracterizar a influência dos efeitos das variações ambientais nas suas caraterísticas dinâmicas.
Para este efeito, efetuou-se uma revisão bibliográfica, da qual resulta uma síntese dos conceitos associados à identificação modal de estruturas, bem como os ensaiosrealizados in situ para a caraterização do comportamento dinâmico de estruturas.
Referem-se, também, de uma forma geral, alguns dos métodos utilizados no processamento dos valores experimentais para a extração das caraterísticas dinâmicas de estruturas, tanto no domínio da frequência como no domínio do tempo.
Elaborou-se uma rotina em MatLab, aplicando o método básico no domínio da frequência, como forma de realizar a caraterização dinâmica da estrutura em análise, que foi validada através da aplicação a uma estrutura de pequenas dimensões.
Descreve-se a Ponte de São João, bem como do seu sistema de monitorização da integridade estrutural. A ponte é utilizada como caso de estudo para aplicação do método de identificação modal implementado em MatLab. Descreve-se também o ensaio de vibração ambiental realizado nesta obra de arte, cujos resultados foram tratados através do recurso a um programa comercial.
Foi implementado um modelo numérico da ponte, tendo em vista a simulação do seu comportamento dinâmico, cujos resultados são comparados com os provenientes do ensaio de vibração ambiental. Apresenta-se a evolução dos parâmetros modais da ponte ao longo de cinco meses, analisando-se os fatores, nomeadamente ambientais, que influenciam essa evolução.
Por último, é efetuada uma avaliação dos resultados obtidos e são apontadas algumas perspetivas de desenvolvimentos futuros.
Abstract: The monitoring of the dynamic behaviour of bridges is an effective way to continuously evaluate the variation of its dynamic modal parameters and thus to detect the occurrence of any damage. The huge amount of data collected by a dynamic monitoring system requires the development of algorithms for its automatically processing, in order to identify the modal parameters of the structure. The purpose of this work is to contribute for the improvement of the automatic identification of the bridge modal parameters, through the development of an algorithm for this effect and its application to the data acquired by the dynamic monitoring system of the São João bridge. Another contribution is the study of the influence of environmental variations effects on the bridge dynamic characteristics. For this purpose, a review of the basic concepts related to modal identification of structures, as well as the tests performed in situ to characterize the structural dynamic behaviour are presented. Some of the used methods to process the experimental values used in the extraction of the modal parameters, both in the frequency domain and in time domain, are also presented. A routine was developed in MatLab, based on the basic frequency domain method, as a way to get the modal parameters of the structure under analysis, which was validated through the application to a smaller structure. A description of São João Bridge is carried out, as well as its structural health monitoring system. This bridge was used as a case study for the application of the modal identification method implemented in MatLab. The ambient vibration test performed for obtaining dynamic characteristics of this bridge is also described. A numerical model of the bridge was implemented, to simulate its dynamic behaviour, whose results are compared with those from the ambient vibration test. The evolution of the modal parameters of the bridge is presented over five months, and the influence of these factors, namely environmental, is analysed. Finally, the conclusions are presented and some future developments are proposed.
Abstract: The monitoring of the dynamic behaviour of bridges is an effective way to continuously evaluate the variation of its dynamic modal parameters and thus to detect the occurrence of any damage. The huge amount of data collected by a dynamic monitoring system requires the development of algorithms for its automatically processing, in order to identify the modal parameters of the structure. The purpose of this work is to contribute for the improvement of the automatic identification of the bridge modal parameters, through the development of an algorithm for this effect and its application to the data acquired by the dynamic monitoring system of the São João bridge. Another contribution is the study of the influence of environmental variations effects on the bridge dynamic characteristics. For this purpose, a review of the basic concepts related to modal identification of structures, as well as the tests performed in situ to characterize the structural dynamic behaviour are presented. Some of the used methods to process the experimental values used in the extraction of the modal parameters, both in the frequency domain and in time domain, are also presented. A routine was developed in MatLab, based on the basic frequency domain method, as a way to get the modal parameters of the structure under analysis, which was validated through the application to a smaller structure. A description of São João Bridge is carried out, as well as its structural health monitoring system. This bridge was used as a case study for the application of the modal identification method implemented in MatLab. The ambient vibration test performed for obtaining dynamic characteristics of this bridge is also described. A numerical model of the bridge was implemented, to simulate its dynamic behaviour, whose results are compared with those from the ambient vibration test. The evolution of the modal parameters of the bridge is presented over five months, and the influence of these factors, namely environmental, is analysed. Finally, the conclusions are presented and some future developments are proposed.
Description
Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas
Keywords
Ponte ferroviária Railway bridge Comportamento dinâmico de estruturas Dynamic behaviour of structures Ensaios de vibração Vibration tests Identificação modal Modal identification Método básico no domínio da frequência (BFD) Basic frequency domain method Sistema de monitorização dinâmica permanente Continuous dynamic monitoring system Efeito ambiental Environmental effect
Citation
SULEYMAN, Naim Efliatoun - Monitorização dinâmica da ponte ferroviária de São João. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2016. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa