Διερεύνηση συμπεριφοράς προβόλου καταστρώματος υφιστάμενης γέφυρας άνω διάβασης και πρόταση τοποθέτησης αποσβεστήρα συντονισμένης μάζα για τη μείωση των κραδασμών
Creators: name: Μούσμουλα, Κυβέλη Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Αποσβεστήρας συντονισμένης μάζας
Απόσβεση ενέργειας
Γέφυρα
Tuned mass damper
Energy dissipation
Bridge

description: Στο πλαίσιο της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας, διερευνάται η συμπεριφορά ενός προβόλου καταστρώματος υφιστάμενης γέφυρας άνω διάβασης και προτείνεται η τοποθέτηση ενός αποσβεστήρα συντονισμένης μάζας (tuned mass damper, ΤΜD) για την ανάσχεση των μετακινήσεων κατά την κατακόρυφη διεύθυνση και την απόσβεση της ενέργειας. Απώτερος σκοπός τίθεται η ανακούφιση του κρίσιμου μέλους του φέροντος οργανισμού, που αποτελεί το κατάστρωμα κατά το πέρασμα των οχημάτων και ο περιορισμός του φαινομένου της κόπωσης. Η ανάσχεση των κατακόρυφων μετακινήσεων επιτυγχάνεται μέσω των αδρανειακών δυνάμεων του αποσβεστήρα, οι οποίες αντιτίθενται στις αδρανειακές δυνάμεις της κατασκευής, που αναπτύσσονται κατά την ταλάντωσή της. Για τις ανάγκες της μελέτης χρησιμοποιείται η μέθοδος των γραμμικών πεπερασμένων στοιχείων με χρήση της συνεργασίας των λογισμικών GiD – OpenSees. Προκειμένου να τεκμηριωθεί η αξιοπιστία του συστήματος και η ασφάλεια της προτεινόμενης λύσης, κατά την εφαρμογή της στην πράξη, επιχειρείται η μελέτη εις βάθος ενός τέτοιου παθητικού συστήματος ελέγχου και η διαδικασία επιλογής των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού ενός αποσβεστήρα συντονισμένης μάζας. Η αναλυτική διερεύνηση διεξάγεται σε δύο στάδια. Σε πρώτη φάση, κατά το 1ο μέρος της μελέτης περιγράφεται το υφιστάμενο τεχνικό έργο σε συνδυασμό με τη μελέτη ενίσχυσης που πραγματοποιήθηκε τον τελευταίο χρόνο. Πρόκειται για γέφυρα, όπου το κατάστρωμα συνδέεται με την υποδομή μέσω ελαστομεταλλικών εφεδράνων. Παρουσιάζεται λεπτομερώς η προσομοίωση του καταστρώματος για όλες τις συνιστώσες του (υλικά, διατομές, στηρίξεις). Σε αυτό το στάδιο, επαληθεύεται η ορθότητα και η ακρίβεια του προσομοιώματος μέσω συγκρίσεων με αποτελέσματα του μοντέλου, που δημιουργήθηκε στα πλαίσια της μελέτης ενίσχυσης με διαφορετικό χρησιμοποιούμενο λογισμικό και συγκεκριμένα το Sofistik. Κατά το 2ο μέρος της έρευνας, το ενδιαφέρον αρχικά επικεντρώνεται στην κατανόηση και περιγραφή του θεωρητικού υποβάθρου περί της χρήσης και λειτουργίας ενός αποσβεστήρα συντονισμένης μάζας καθώς και των συνεπειών αυτής. Κατόπιν, γίνονται παραμετρικές αναλύσεις για τις εξεταζόμενες φορτιστικές καταστάσεις, που αντιστοιχούν στα φορτία κυκλοφορίας, λαμβάνοντας υπόψιν ακόμα και την απόσβεση της ίδιας της κατασκευής. Μέσω μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας, εξετάζεται ένα πλήθος συνδυασμών παραμέτρων για τις ιδιότητες του αποσβεστήρα. Οι παράμετροι περιλαμβάνουν τη μάζα, τη δυσκαμψία και την απόσβεση του προτεινόμενου μηχανισμού. Τέλος, επιλέγεται η βέλτιστη λύση σύμφωνα με την κρίση του συγγραφέα και δίνονται σχέδια για την εφαρμογή της πρότασης. Τα αποτελέσματα από τις επιμέρους διερευνήσεις αξιολογούνται και προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα για την επιρροή των τιμών των παραμέτρων. Η μείωση των μετακινήσεων ανέρχεται σε ποσοστά μέχρι και 90% αλλά για μεγάλο όγκο αποσβεστήρα, ενώ για φυσιολογικές τιμές μάζας του TMD η μείωση φτάνει το 70%. Από τα παραπάνω, φαίνεται πως το προτεινόμενο σύστημα είναι πολύ αποδοτικό.
description: Α cantilever behavior at the existing overbridge of the Ι/C Κorinos is investigated and a tuned mass damper is proposed to be placed for the mitigation of vertical large amplitude oscillations of the bridge and for dissipating at the same time part of the energy. The basic objective of the proposed mechanism is to reduce the response of the cantilever, which is the most critical structural member of the bridge and to reduce the fatigue phenomenon. The vertical vibration reduction is achieved through the inertial forces of the damper, which are opposed to the inertia forces of the construction developed during its oscillation. For the needs of this study, GiD – OpenSees interface is selected. The applicability and the performance of the proposed mechanism, is further investigated, in order to justify the reliability and safety of the proposed mechanism. And an optimal design of the parameters of TMD is required. A two stage analytical investigation was conducted. Firstly, the first part of the study describes the existing bridge in conjunction with the strengthening design carried out over the last year. It’ s about a bridge where the deck is connected to the piers via with elastomeric bearings. The simulation of the deck for all its components is presented in detail (materials, cross sections, supports). At this stage, the accuracy of the model is verified through comparisons with the results of the model, created in the strengthening design with different software. At the second part of the research, interest focuses on describing the theoretical background on the operation of an tuned mass damper. Parametric analyses are then required about the traffic loads, taking into account even the damping of the construction. Multiple non-linear time history analyses were carried out in order to evaluate the influence of a large number of tuned mass damper parameters, including mass, stiffness and damping of the TMD. Finally, the optimal solution is chosen according to the author’s opinion and construction plans are presented for the implementation of the proposal. The results from the investigations are evaluated and the conclusions of the proposed mechanism are very promising. Reduction in the response even above 90% is observed but for a large volume of ΤΜD. For normal TMD mass values the reduction is 70%. From the above, it seems that the proposed system is very efficient.