Observação do comportamento dinâmico de estruturas de engenharia civil

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

No presente trabalho serão abordados os ensaios dinâmicos que são realizados em estruturas de engenharia civil de forma a caracterizar o seu comportamento dinâmico: ensaios de vibração livre, ensaios de vibração forçada e ensaios de vibração ambiental; bem como os instrumentos e as metodologias utilizados nos mesmos. É efetuada uma revisão dos princípios básicos de análise dinâmica de estruturas, abordando os casos de sistemas com um grau de liberdade e com vários graus de liberdade, ambos no domínio do tempo e da frequência. É também realizada aanálise dinâmica de um pórtico de 3 pisos onde se põem em prática os conceitos apresentados no mesmo capítulo e para o qual são calculadas as frequências naturais e os respetivos modos de vibração utilizando dois programas computacionais, SAP2000 e MATLAB, e realizados os mesmos cálculos analiticamente. O último capítulo é dedicado à análise de um exemplo de aplicação, referente ao estudo do comportamento dinâmico de uma ponte, em que é descrito o modelo numérico utilizado nesta análise e os ensaios de vibração ambiental efetuados na mesma, para caracterização dos seus principais parâmetros dinâmicos, frequências naturais e modos de vibração. São também apresentados os resultados de uma sequência de ensaios experimentais efetuados após a imposição de danos na referida ponte e será desenvolvido o modelo numérico correspondente. Nestemodelo serão simulados os danos sucessivos e as respetivas medições, que permitem obter as frequências naturais e os modos de vibração associados, concluindo com a comparação entre resultados experimentais e numéricos.

Abstarct: This work will focus on various dynamic tests that are currently performed in civil engineering structures in order to characterize their dynamic behavior. These include free, forced and ambient vibration tests as well as the tools and methodologies used within them. A review of the basic principles of structural dynamics analysis is made, byexamining the cases of systems with one degree of freedom and with various degrees of freedom, both in time and frequency domains. The dynamic analysis of a 3-floor frame is presented, where some of the issues and concepts covered throughout the chapter are putted into practice. The natural frequencies and the respective vibration modes in the analysis are calculated using two programs, SAP2000 and MATLAB. The last chapter presents the analysis of an example, referring to the study of the dynamic behavior of a bridge, in which the numerical model is described and the ambient vibration tests performed on it. This includes the characterization of its main dynamic parameters, natural frequencies and mode shapes. The results of a series of experimental tests made after damaging the real structure are then in turn presented. Following this the correspondent numerical model is developed to obtaining the natural frequencies and vibration modes associated with completing the comparison between the two results.