Bepaling van dyn. eigenschappen

Transcriptie

1 Bepaling van dyn. eigenschappen Human Induced Vibration of Steel Structures 1/10/008 RFS-CT Dynamische eigenschappen Technieen Niveau 1 Bepaling van modale parameters tbv calibratie numeriee modellen mogelij calibratie van dempingsystemen Van belang: - Natuurlije frequenties - Trilvormen - Dempingverhouding Niveau Meting van de dynamische responsie als gevolg van lopen tbv beoordeling van comfort criteria en/of correlatie met numeriee simulaties RFS-CT

2 Dynamische eigenschappen Technieen Modale parameters Gedwongen trilling Achtergrondtrillingen Vrije trilling RFS-CT Dynamische eigenschappen Technieen Metingen van de responsie Meting van de responsie op achtergrond trillingen tbv identificatie van ritische natuurlije frequenties Meting van demping bij ritische natuurlije frequenties Meting van de responsie door een enele voetganger Meting van de responsie door een groep voetgangers Meting van de responsie door een continu stroom van voetgangers RFS-CT

3 Dynamische eigenschappen Technieen Meetapparaten Sensoren, bijv. versnellingsopnemers Krachtopnemers Grenswaarden voor voetgangercomfort zijn meestal in terneb van versnelling gedefinieerd Gebruielije meetgrootheid is de versnelling Voor de meest vooromend voetgangersbruggen de frequenties van belang vallen in het berei: 0,5 0 Hz Gebruielije specificatie voor versnellingsopnemers zijn: Frequentieberei (met 5% lineariteit): 0,1 50 Hz; Minimale gevoeligheid: 10 mv/g Berei: ±0,5 g RFS-CT Human Induced Vibration of Steel Structures 1/10/008 RFS-CT

4 Verbetering van het dynamisch gedrag Aanpassing van de massa Verhogen van de modale massa (b.v. zwaar betonde) Aanpassing eigenfrequentie Frequentie is evenredig met de wortel uit de verhouding tussen stijfheid en massa Beperte mogelijheden Aanpassing van de demping Door specifiee contructieve en/of niet constructieve onderdelen in het ontwerp bijv. leuningen draadhewer elastomeren in opleggingen en wegde bout verbindingen ipv lasverbindingen Toepassing van externe dempingsapparaten RFS-CT Verbetering van het dynamisch gedrag Viseuze dempers: Energie disspatie door middel van vervorming van een viseuze vloeistof of een vaste stof RFS-CT

5 Verbetering van het dynamisch gedrag Tuned Mass Dampers (TMDs): TMD s bestaan uit een of meer geconcentreerde massa's die in verbinding zijn met de constructie door veren en dempers Apparaat is zodanig ontworpen dat er twee nieuwe frequenties ontstaan (een onder en een boven de oorspronelije frequentie) Relatieve beweging tussen constructie en TMD zorgt voor energiedissipatie RFS-CT Verbetering van het dynamisch gedrag Tuned Mass Dampers (TMDs): RFS-CT

6 Verbetering van het dynamisch gedrag Pendulum dempers: Specifiee type TMD, ten behoeve van horizontale trillingen In de meeste gevallen zonder gebrui van veren (behalve voor frequenties > 1 Hz) RFS-CT Verbetering van het dynamisch gedrag Tuned liquid column dampers: U-vormige pijp, gevuld met vloeistof (meestal water), Beweging van het vloeistof genereert rachten die de horizontale beweging van de constructie tegengaat Voordelen ten opzicht van andere dempingsystemen eenvoudige calibratie van frequentie en demping, eenvoudig toepassing, eenvoudige constructie en bijna geen onderhoudsosten Optimale demping door middel van tests op TLCD prototypes RFS-CT

7 Verbetering van het dynamisch gedrag Tuned liquid dampers: Passieve dempingsysteem bestaande uit starre container met daarin een vloeistof Tbv onderdruing van zowel horizontale als verticale trillingen Voordelen: lage osten zeer lage aanzetniveau eenvoudige aanpassing van de natuurlije frequentie eenvoudige installatie (op bestaande constructie) Echter: beweging vloeistof an een zeer niet-lineair gedrag vertonen (bij hoge trillingsamplitudes). RFS-CT Reenvoorbeelden Human Induced Vibration of Steel Structures 1/10/008 RFS-CT

8 1 ste voorbeeld 50m Voetgangersbrug Reenvoorbeelden Eigenaar eis: L = 50 m Breedte de b = 3 m Lengte overspanning L = 50 m Massa m =,5 103 g/m Stijfheid EI vert =, Nm EI lat =, Nm Demping ξ = 1,5 % - middel comfort bij weinig vereer (d = 0, P/m) - minimaal comfort in verticale richt. bij zeer zwaar vereer (d = 1,0 P/m) - vermijden interactie tussen voetganger en brug bij zijdelingse trilling Ontwerpsituatie Eis RFS-CT ste voorbeeld 50m Voetgangersbrug 1.Bepaling van natuurlije frequentie en modale massa s Reenvoorbeelden 1 9,869 EI f1, = vert vert = 1,8 Hz π L m 1 39,478 EI f, = vert vert = 7, Hz π L m 1 9,869 EI f1, = lat lat = 0, Hz π L m 1 39,478 EI f, = lat lat = 0,8 Hz π L m M = ½mL=6, g RFS-CT

9 1 ste voorbeeld 50m Voetgangersbrug. Bepaling van de arateristiee maximale versnelling.1 voor d = 0, P/m Reenvoorbeelden a max,vert = a, 95% CσF 1ξ Mi = 0,58 m/s, a d,vert = ψ1 amax,vert = 0, 4 0, 58 = 0, 3 < 1,0 m/s met C =,95, σ F = 1, = 0,36 N, a,95% = 3,9 1 = -0,07 1,8 + 0,6 1,8 + 0,075 = 0,98 = 0,003 1,8 0,04 1,8 1 = -1,068 a max,lat = a, 95% CσF 1ξ Mi = 0,087 m/s < 0,1 m/s met C = 6,8 σ F =, = 8, N, a,95% = 3,77 1 = -0,08 0,8 + 0,5 0,8 + 0,085 = 0,536 = 0,005 0,8 0,06 0,8 1,005 = -1,0498 RFS-CT ste voorbeeld 50m Voetgangersbrug. Bepaling van de arateristiee maximale versnelling. voor d = 1,0 P/m Reenvoorbeelden a max,vert = a, 95% CσF 1ξ Mi a d,vert = ψ1 amax,vert = 0, 4 1, 05 = 0, 4 <,5 m/s met C = 3,7 σ F = 7, = 1,05 N, a,95% = 3,80 1 = - 0,07 1,8 + 0,56 1,8 + 0,084 = 0,865 = 0,004 1,8 0,045 1,8 1 = -1,06804 a max,lat = a, 95% CσF 1ξ Mi = 1,05 m/s = 0,0 m/s > 0,1 m/s X met C = 7,9 σ F =, = 4, N, a,95% = 3,73 1 = -0,08 0,8 + 0,44 0,8 + 0,096 = 0,499 = 0,007 0,8 0,071 0,8 1 = -1,053 Risico interactie tussen brug en voetganger! RFS-CT

10 e Voorbeeld Weser brug (Minden) Reenvoorbeelden Totale lengte L = 180 m De breedte B = 3,0 m Beschouwde trilvorm 11 de mode shape Beschrijving verticale trilling 8 hale golven Frequentie f = 1,4 Hz Belaste oppervlate S = L B = 540 m² Modale massa m*(f) = 80,5 t Demping (log. decrement) δ = 0,085 RFS-CT Reenvoorbeelden e Voorbeeld 1. Stap: Vastleggen ontwerpsituatie: - TC (weinig vereer) in combinatie met CL 1 (Maximale Comfort) a v-limit = 0.5 m/s². Step: Bepaling van systeemeigenschappen - 6 trilvormen in het ritische gebied in dit voorbeeld: Mode 11 (f = 1.47 Hz; M = 80.5 t) 3. Step: Bepaling versnelling Spectral Method: a v = 0,5 m/s² FE-Method: a v = 0,4 m/s² 4. Step: Design chec a v < a v-limit RFS-CT

11 Conclusie Human Induced Vibration of Steel Structures 1/10/008 RFS-CT Ontwerprichtlijn en aanbevelingen voor trilling van voetgangersbruggen door lopen Conclusie Een nieuwe richtlijn is opgesteld door een int. onderzoesteam op basis van: Bestaande richtlijnen, normen en aanbevelingen Metingen met name voor loc-in effect Metingen op bestaande bruggen Numeriee studies Richtlijn geeft aan hoe men ontwerpeisen an vastleggen Richtlijn omvat zowel eenvoudige als geadvanceerde methoden Richlijen downloaden door: Googlen naar RFCS-project HIVOSS RFS-CT

12 Vragen Human Induced Vibration of Steel Structures 1/10/008 RFS-CT