< Terug naar vorige pagina

Project

Robuust ontwerp van trillingsgevoelige constructies onder mens-geïnduceerde belasting ter garantie van trillingscomfort.

Het gebruik van hoogwaardige materialen en geavanceerde rekentechnieken maakt het ontwerp van slanke constructies mogelijk. Deze structuren worden vaak gekenmerkt door lage eigenfrequenties in de buurt van de belastingsfrequentie van mens-geïnduceerde trillingen. In combinatie met een lage modale demping kan dit leiden tot structuren die gevoelig zijn voor mens-geïnduceerde belasting. Een trillingsbeoordeling bestaat uit een voorspelling van de te verwachten trillingsniveaus die getoetst worden aan vooropgestelde comfortnormen en is vaak een belangrijk criterium in het ontwerp. Een nauwkeurige beschrijving van de belasting en van het dynamisch gedrag van de structuur zijn hiervoor noodzakelijk. Wanneer vooropgestelde niveaus voor trillingscomfort niet worden gehaald, kunnen trillingsreducerende maatregelen worden genomen zoals de installatie van Tuned Mass Dampers (TMDs). Zowel de voorspelling van de respons als het TMD ontwerp is in hoge mate onderworpen aan onzekerheden omdat ze een nauwkeurige beschrijving van de mens-geïnduceerde belasting en een goede kennis van het dynamische gedrag van de structuur vereisen. Deze onzekerheden zorgen ervoor dat een aanvaardbaar gedrag van de constructie niet altijd gegarandeerd kan worden zodat dure aanpassingen aan de structuur of trillingsreducerende maatregelen nodig zijn.

Het innovatieve aspect van dit doctoraatsonderzoek is het introduceren van het concept van robuustheid in de trillingsbeoordeling en het TMD ontwerp voor voetgangersbruggen. De belangrijkste doelstelling is om een robuuste constructie te bekomen die minimaal gevoelig is voor het effect van onzekerheden in de dynamische eigenschappen van de voetgangersbrug en voor het effect van variabiliteit in de belasting. Dit moet leiden tot een veilig en kostenefficiënt ontwerp.

In dit doctoraatsonderzoek is een generieke methodologie voor een robuuste trillingsbeoordeling opgesteld. Verschillende niveaus van onzekerheid in de modale parameters worden aangenomen om trapsgewijs het effect op de responsbeoordeling na te gaan. Een bijkomende variatie op bestaande stochastische modellen voor het beschrijven van de wandelbelasting wordt ook in rekening gebracht. Het is aangetoond dat de berekende respons aanzienlijk wordt beïnvloed door het effect van mens-structuur interactie en dat deze effecten daarom best worden meegenomen. Daarnaast is aangegeven hoe de voorgestelde graduele analyse gebruikt kan worden om de trillingsgevoeligheid van de brug voor het effect van onzekerheden te beoordelen.

De voorgestelde methode voor de robuuste trillingsbeoordeling wordt ook gebruikt in het robuust ontwerp van TMDs. De parameters van de TMD worden gevonden als oplossing van een robuust optimalisatieprobleem waar de totale TMD kost wordt geminimaliseerd. Hierbij worden randvoorwaarden opgelegd voor zowel het trillingscomfort als voor de werking en praktische uitvoering. Het effect van mens-geïnduceerde belasting wordt rechtstreeks in rekening gebracht in de responsberekening. Ook hier kan het TMD ontwerp worden uitgevoerd voor een vooraf aangenomen bereik van onzekerheden. Wanneer meerdere ontwerpen op verschillende niveaus onderling worden vergeleken, kan het effect van onzekerheden op het uiteindelijke ontwerp worden nagegaan. Aan de hand van uitgewerkte voorbeelden is aangetoond dat de totale massa van de TMD stijgt wanneer een groter bereik voor de onzekerheden wordt aangenomen. Het voordeel van deze aanpak is dat de werking van de TMD gegarandeerd is in onzekere omstandigheden door in het ontwerp al rekening te houden met het effect van onzekerheden. Bovendien is ook aangetoond dat de totale massa van de TMD kan worden verminderd door de parameters van de TMD onafhankelijk van elkaar af te stemmen, in tegenstelling tot de methode bij conventionele ontwerpen.

 

Datum:1 okt 2013 →  31 dec 2018
Trefwoorden:human-induced vibrations, Robust vibration serviceability
Disciplines:Bouwkunde en gebouwentechnologie, Bouwkunde en constructietechnologie, Aardbevingsengineering, Geotechnische en omgevingsingenieurswetenschappen, Waterbouwkunde, Windtechnologie, Mechanica
Project type:PhD project