Experimentální vyšetřování kmitání vybraných konstrukcí, tvorba jejich modelů a analýza samobuzených vibrací štíhlých prutů se dvěma stupni volnosti

Abstract

Dynamické zatížení větrem je v mnoha případech návrhů stavebních konstrukcí zjednodušeno až na úroveň, která je charakterizována zatížením kvazistatickým, což je v podstatě zatížení statické násobené koeficientem, souhrnně vyjadřujícím působící dynamické vlivy. Pro vysoké nebo dlouhé konstrukce, které jsou zároveň štíhlé, nelze podobné zjednodušení uplatnit a je nezbytné analyzovat konstrukci nejen z hlediska statické složky zatížení, nýbrž i z hlediska zatížení dynamického, časově i frekvenčně proměnného. Tato diplomová práce popisuje experimentální analýzu mostu zatíženého větrem z hlediska statického zatížení a především z hlediska zatížení dynamického, které vzniká v důsledku interakce proudu vzduchu a pohybující se konstrukce. Je provedena analýza samobuzeného kmitání mostovky, vyznačující se neaerodynamickým tvarem. Zatížení je vyjádřeno pomocí frekvenčně proměnných koeficientů, zvaných aeroelastické derivace, stanovených experimentálně v aerodynamickém tunelu. Geometrie mostu a další parametry vedou k oscilacím mostu v režimu spřaženého flutteru, odlišného od kmitů křídel známých z letectví. Samobuzené kmitání nosníku mostu, jehož pohyb lze popsat dvěma diferenciálními rovnicemi pro dva stupně volnosti je řešeno v programovém prostředí Matlab, vlastními nebo upravenými procedurami.

In structural design, the dynamic wind loading is in many cases simplified to the level, where a quasi-static load can substitute it, which is reality a static loading multiplied by a coefficient expressing an integral influence of the dynamic effects. For tall and long constructions, which are also slender, this approach cannot be used. Rather, it is necessary to carry out an analysis of the structure from the point of view of both static and time and frequency dependent dynamic component of the load. This diploma work describes the experimental analysis of a bridge from the point of view of static and particularly dynamic loading, which arises as a consequence of wind-structure interaction phenomena. Here, an analysis of the self-excited oscillation of the bridge deck with a non-aerodynamic cross-section. The load is expressed with the use of so-called aeroelastic derivatives obtained by an extensive experimental campaign in the wind tunnel. The geometry of the bridge as well as the other parameters lead to the coupled oscillation in the regime of flutter that is different from the oscillations known from the auronatics. Self-excited vibration of the bridge girder, which can be described by two differential equations for two degrees-of-freedom is solved within Matlab using author’s or modified procedures.