Control of Vibrations in Civil Engineering Structures

• Type: Thesis
• Date: 2008

Authors

Moutinho, C. (Author) FEUP; Álvaro Cunha (Technical adviser) FEUP

Scientific classification

FOS: Engineering and technology > Civil engineering

Associated Institutions

FEUPDEC - Faculdade de Engenharia da U.P. - Departamento de Engenharia Civil

Other information

Resumo (PT): Muitas estruturas de Engenharia Civil têm problemas de vibrações excessivas originados pela actuação de diversas acções dinâmicas de carácter periódico ou transiente. É o caso de pontes pedonais solicitadas pelas acções resultantes das actividades dos peões, podendo conduzir à ocorrência de fenómenos de ressonância na direcção vertical ou horizontal, ou então de lajes de edifícios sujeitas a diferentes tipos de cargas móveis. É também o caso de pontes de grande vão ou edifícios altos solicitados pela acção do vento ou de pontes rodoviárias, ferroviárias ou de alta velocidade, excitadas pelas cargas dinâmicas provenientes do tráfego do material circulante. Nestas situações, a implementação de sistemas de controlo de vibrações pode melhorar o desempenho estrutural, fazendo com que os níveis de vibração sejam reduzidos para limites aceitáveis estabelecidos para cada situação em concreto, impostos por normas ou critérios de segurança relativamente a estados limites últimos ou de utilização. Para o efeito, pode recorrer-se a diversas técnicas de controlo de vibrações de carácter passivo, activo, semi-activo ou híbrido. A escolha da técnica a adoptar em caso depende de vários factores, tais como a complexidade da estrutura e do sistema de controlo, a natureza das acções exteriores, a fiabilidade e robustez do sistema e o seu custo. Neste contexto, este trabalho começa por sistematizar e descrever alguns sistemas de controlo que têm sido implementados em estruturas reais, e expor o conteúdo de algumas normas Portuguesas e estrangeiras que estabelecem critérios para a fixação de níveis máximos de vibração em estruturas do ponto de vista do seu bom funcionamento em serviço. Seguidamente, é feita uma abordagem ao estudo de sistemas de controlo clássicos e modernos, pouco divulgados no âmbito da Engenharia Civil, tendo como objectivo a obtenção de ferramentas de análise e dimensionamento de sistemas activos, as quais podem ser também particularizadas para o estudo de outro tipo de sistemas de controlo. Finalmente, é demonstrada a utilidade de sistemas de controlo mediante a sua implementação em modelos laboratoriais, assim como em estruturas reais, levando a que o trabalho realizado tenha uma importante componente de natureza experimental.

Abstract (EN): Many Civil Engineering structures have vibration problems due to several dynamic loads of harmonic or transient nature. This is the case of footbridges subjected to several forces induced by pedestrian activities, which can originate resonance phenomena in vertical or horizontal direction, or building floors excited by different moving loads. This is also the case of large span bridges or tall buildings subjected to wind loads or the case of highway, railway and high-speed railway bridges excited by the dynamic loads of the vehicles or trains. In these situations, the implementation of vibration control systems can improve the structural performance by decreasing the vibration levels to acceptable limits established for each particular situation, which are imposed by some design codes or safety criteria related to serviceability or ultimate limit states. For this purpose, it is possible to use several passive, active, semi-active or hybrid vibration control techniques. The adequate solution for each case depends on several factors like the complexity of the structure and the control system, the nature of the external loads, reliability and cost. In this context, the first objective of this work is to summarize and describe some control systems which have been implemented in real structures, as well as expose the contents of some Portuguese and international codes which define criteria to establish the maximum vibration levels in structures, from the point of view of its good performance on serviceability conditions. Next goal is to expose the study about classical and modern control systems, which is not very divulgated in Civil Engineering, aiming the achievement of analysis and design tools of active systems, which can also be used to study other kind of control schemes. Finally, the usefulness of control systems is demonstrated by several implementations in laboratorial models, as well as in real structures, which has introduced an important component of experimental nature in this work.

Language: Portuguese

Type (Professor's evaluation): Scientific

No. of pages: 394