Vibration and Mode Shapes Analysis of Cable Stayed Bridges Considering Different Structural Parameters

Forschungsarbeit , 2014 , 33 Seiten , Note: unknown

Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen

The vibration characteristic of a cable stayed bridges structure is the main axis of the study in this paper, many structural parameters are used to simulate and determine the effect of vibration on the structural performance by identifying the natural frequencies of the system and the mode shapes that can occur in the real structure. Modeling the stay cables with three famous styles of arrangements such as Harp, Semi Harp and Fan styles, and assigning roller, hinged and fixed boundary conditions on the deck support of the cable stayed bridge, in addition to using two design cases of the girders and pylons dimensions in the global structure for that purpose. Through the use of ABAQUS finite element analysis, the models were generated for each mentioned cases and the results of the frequency linear perturbation step of 10 mode shapes were determined through the simulation of the deformed shapes and the determined values of the natural frequencies of each mode for each case of interest. It was seen that the roller boundary condition was much prone to the early vibration and the stay cables of the direction near to the roller support were vibrated and stressed much more than the other direction compared with the hinged and fixed boundary conditions, and the mode shapes 7, 8, 9 and 10 were the most vibrated cases for all the boundary conditions without any distinction. The week design of the girders and the pylons has the great effect on the vibration of the stay cables, pylons and deck of the structure especially near the roller support direction due to the early vibration of the case of roller support, so the use of cross ties and damping between the stay cables and the girders are very important in the cases of significant vibrations which affect the performance of the cable stayed bridges.

Inhaltsverzeichnis

• Abstract
• Keywords
• Introduction
• Objective
• Natural Frequencies and Mode Shapes
• Modal Analysis Theory
• Equations of Motion
• Cable Vibrations
• Free Vibration Response
• Cable Elements
• Cross Ties
• Finite element models of vibration
• Boundary Condition Effect on Vibration
• Harp Style Model
• Semi Harp Style Model
• Fan Style Model
• Stay Cables Styles Effect on Vibration
• Pylons and Girders Effects on Vibration
• Harp Style
• Semi Harp Style
• Fan Style
• Conclusions and recommendations
• References

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Forschungsarbeit zielt darauf ab, die Schwingungseigenschaften von Kabelbrückenmodellen zu untersuchen, um:

• Die Auswirkungen der Randbedingungen auf die Schwingungen der Seile, der Fahrbahn und der Pylone zu ermitteln und geeignete Randbedingungen für jeden Fall zu definieren. Dies ermöglicht die Identifizierung von Bereichen, die besonders anfällig für frühe Schwingungen sind, und die Entwicklung von Maßnahmen zur Minderung dieser Schwingungen in Kabelbrücken.
• Den Zusammenhang zwischen den Seilarten und frühen Schwingungen durch die Simulation von Modenformen zu identifizieren. Dies ermöglicht die Ermittlung der Eigenfrequenzen des Systems und die Erhöhung ihrer Werte durch den Einsatz von Querverbindungen an den Seilen in Bereichen mit signifikant detektierten Schwingungen.
• Die Nachrüstung von beschädigten Kabelbrücken, die aufgrund mangelhafter Konstruktion mit negativen Auswirkungen (hohe Schwingungen und Durchbiegungen) von Trägern und Pylonen zu kämpfen haben, durch die Simulation der Strukturvibrationen zu ermöglichen. Dies soll eine sichere Struktur gegen Schwingungen gewährleisten.

Zusammenfassung der Kapitel

Die Kapitel behandeln die verschiedenen Aspekte der Schwingungsanalyse von Kabelbrücken, wobei die Auswirkungen von unterschiedlichen Konstruktionsparametern auf die Schwingungseigenschaften untersucht werden. Die Analyse umfasst die Auswirkungen von Randbedingungen, Seilarten, Pylonen und Trägern auf die Schwingungen der Brücke. Die Ergebnisse der Simulationen mit ABAQUS zeigen, dass die Randbedingungen einen signifikanten Einfluss auf die Schwingungen der Seile haben, insbesondere die Rolllagerung. Die Seilarten beeinflussen ebenfalls die Schwingungen, wobei die Modenformen 7, 8, 9 und 10 in allen Fällen die höchsten Schwingungen aufweisen. Die Dimensionierung der Pylone und Träger hat einen großen Einfluss auf die Schwingungen der Struktur, insbesondere in der Nähe der Rolllagerung. Die Ergebnisse der Simulationen dienen als Grundlage für Empfehlungen zur Verbesserung der Schwingungsdämpfung in Kabelbrücken.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Eigenfrequenz, Vibration, Modenformen, Eigenwerte, Querverbindungen und Dämpfung. Die Arbeit analysiert die Schwingungseigenschaften von Kabelbrücken unter Berücksichtigung von verschiedenen Konstruktionsparametern wie Seilarten, Pylonen und Trägern. Die Ergebnisse der Simulationen mit ABAQUS zeigen die Auswirkungen von Randbedingungen, Seilarten und Dimensionierung der Pylone und Träger auf die Schwingungen der Struktur. Die Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung von Maßnahmen zur Minderung von Schwingungen in Kabelbrücken.

• Hochschule: Bauhaus-Universität Weimar
• Note: unknown
• Autor: Nazim Nariman (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2014
• Seiten: 33
• Katalognummer: V267379
• ISBN (eBook): 9783656588795
• ISBN (Buch): 9783656588788
• Sprache: Englisch
• Schlagworte: vibration, mode, shapes, analysis, cable, stayed, bridges, considering, different, structural, parameters