Aerodinamica e vulnerabilità eolica per i ponti di grande luce
In der vorliegenden Arbeit wird das Verhalten weit gespannter Brücken unter Windeinwirkung untersucht. Da im Rahmen der Risikoanalyse die Ermittlung der Bauwerksvulnerabilität eine entscheidende Rolle spielt, werden hierzu Hilfsmittel erarbeitet. Zuerst wir der Begriff des Risikos für weit gespannte Brücken definiert. Anhand der Baugeschichte wird dann die Bedeutung der Windlasten für weit gespannte Brücken dargestellt. Darauf folgt eine Zusammenfassung verschiedener Windeinwirkungen auf Bauwerke und ihre mathematische Beschreibung. Außerdem werden verschiedene Arten von Windkanalversuchen beschrieben, die zur Untersuchung der Windlasten notwendig sind. Am Beispiel der Sunshine-Skyway-Brücke werden die auftretenden Luftkräfte am Querschnittsmodell untersucht. Während Luftkräfte durch Druckmessungen an der Modelloberfläche bestimmt werden, ermöglichen Laserwegaufnehmer die kontaktfreie Verschiebungsmessung. Zusätzlich wird am Modell eines schlanken Rechteckzylinders die Korrelation der Luftkräfte über die Zylinderlänge experimentell untersucht. Variiert werden die Bewegungsamplitude, der Luftkrafttyp und die dynamischen Systemcharakteristika. Die anfallenden Versuchsdaten werden mit der Hauptkomponentenanalyse bearbeitet. Dabei wird durch eine orthogonale Transformation der Kovarianzmatrizen aus ursprünglich korrelierter Variablen eine neue Menge unkorrelierter Variablen berechnet. Mithilfe dieses Verfahrens kann die relative hohe Anzahl notwendiger Parameter auf eine geringere Anzahl von Parameterkombinationen reduziert werden.
Since the beginning of the modern constructions the sensitivity at the wind action appears. In particular in the last decades the damage of structures and the death of people due to the action on built environmental were strongly increased. Moreover the wind generated damages appears also in world area, i.e. Europe, which are considered less prone to it. In particular for the bridge constructions, the increase of the free span, and the increase of the stress characteristic the construction materials, i.e. iron and steel, induce the designer to get more care in wind design of the bridge. In the present thesis the analysis of the wind action on bridge structures it is divided in three different steps. The first one is the study of analysis method of wind action. That is the possibility of analysis using the Proper Orthogonal Decomposition, trough the Covariance matrix and/or the Spectral matrix of the pressure fluctuations on the bridge structures. This allows to divide the component of excitation for each mechanism in independent rate. Than it is possible study how the bridge structures are excited. In the second step it is considered the sectional forces on the bridge deck together with the long span correlation of it. The sectional forces are studied on the Sunshine Skyway Bridge section model, using the pressure taps placed in the main section and the laser displacement transducers. For the long span correlation it was used a rectangular cylinder instrumented with seven array of pressure taps, by 30 taps for each. It is possible in this step analysis the different vibration regime (lock-in, forced motion and flutter) corresponding to different mechanism of excitation. Moreover the sectional forces are analysis using the POD method. It is also studied the influences of the amplitude of oscillation, of the vibration regime and of the dynamic characteristic of the model on the long span correlation coefficient.
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