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“Estas vibrações são as primeiras do seu tipo para as pontes tipo viga….elas mostram a alta estabilidade aerodinâmica e confiabilidade da estrutura" (Anishyuk e Antonova, 2010). Esta é uma citação do porta-voz da empresa responsável pela construção da ponte, com vãos 120m e de 7 km de extensão, em Volgograd, na Rússia – que oscilou tão violentamente sob velocidades baixas do vento em maio de 2010, que os motoristas ficaram enjoados e a ponte foi fechada. As filmagens do movimento da ponte podem ser encontradas facilmente na internet, e causam uma visão perturbadora. O que é mais perturbador é que a empresa responsável pelo seu projeto e construção pôde ser tão ignorante da história das aerodinâmicas de pontes e conceitos aerodinâmicos básicos.As vibrações induzidas por vórtices que tinham atormentadas a Ponte Volgograd são agora atenuadas por um sistema avançado de dispositivos de amortecimento mecânico. Se as medidas de segurança tivessem sido tomadas durante a fase do projeto, a necessidade desses dispositivos de amortecimento poderia ter sido evitada. Uma variedade de dispositivos aerodinâmicos passivos tem apresentado ser extremamente eficaz na supressão das vibrações induzidas por vórtices em velocidades baixas do vento para um número de pontes de grande vão Investigações adequadas em túnel de vento realizadas durante a fase do projeto podem alertar os projetistas da existência de instabilidades aerodinâmicas inerente no projeto, e passos podem ser tomados para modificar o formato do tabuleiro para otimizar o seu desempenho dinâmico sob cargas de vento. Investigações experimentais da efetividade na supressão das vibrações induzidas por vórtices, por uma série de dispositivos aerodinâmicos passivos, têm sido realizadas no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann, em Porto Alegre. Dispositivos foram projetados com base nas modificações feitas a outros projetos de pontes que sofreram com as vibrações indesejadas da velocidade baixa do vento, tanto no túnel de vento durante a fase do projeto, durante a construção ou após a conclusão da ponte em grande escala. Dispositivos foram testados usando um modelo dinâmico de uma ponte da vida real, e os resultados indicaram que algumas modificações simples a geometria da seção transversal do tabuleiro podem ter um efeito significativo na sua resposta. / “These vibrations are the first of their kind for beam-type bridges….they show the high aerodynamic stability and reliability of the structure” (Anishyuk and Antonova, 2010). This is a quote taken from the spokesman of the company responsible for the construction of the 7km long reinforced concrete bridge in Volgograd, Russia – whose multiple continuous 120 meter spans oscillated so violently under low-wind speed conditions in May of 2010 that motorists became seasick and the bridge was closed. Footage of the bridge’s movement can easily be found on the internet, and makes for disturbing viewing. What is even more disturbing is that the company responsible for its design and construction could be so ignorant to the history of bridge aerodynamics and basic aerodynamic concepts. The vortex-induced vibrations which had plagued the Volgograd Bridge are now mitigated by an advanced system of mechanical damping devices. If proper precautions had been taken during the design stage of the bridge, the necessity of these damping devices could have been avoided. A variety of passive aerodynamic devices have been shown to be extremely effective in the suppression of low wind speed vortex-induced vibrations for a number of long-span bridges Proper wind-tunnel investigations undertaken during the design stage can alert designers to the existence of aerodynamic instabilities inherent to the design, and steps can be taken to modify the shape of the deck to optimise its dynamic performance under wind loads. Experimental investigations of the effectiveness of range of passive aerodynamic devices to suppress vortex-induced vibrations have been conducted at the Professor Joaquim Blessmann Wind-Tunnel, Porto Alegre. Devices were designed based on modifications made to other bridge designs which suffered from unwanted low wind speed vibrations, either in the windtunnel during the design stage, during erection or after completion of the full-scale bridge. Devices were tested using a dynamic section model of a real-life bridge deck design. Results indicate that some simple modifications to the cross-section geometry of the deck can have a substantial effect on its response.

Dos sistemas de pontes suspensas por cabos, as estaiadas tem sido largamente utilizadas devido a sua capacidade de vencer grandes vãos e, além dessa vantagem estrutural, são esteticamente bem aceitas pela sociedade, valorizando o espaço urbano e muitas vezes tornando-o ponto de referência. Atualmente, em que a otimização da infraestrutura viária é de extrema importância, as pontes estaiadas são bastante exploradas por suas vantagens construtivas, não demandando grandes áreas de apoio durante a construção que possam interferir no fluxo de veículos ou embarcações existente. Em conjunto a isso, a escolha do tipo de obra de arte se deve a diversos outros fatores, tais como as condições locais da fundação, o consumo de materiais e mão de obra, facilidades construtivas, etc. Muitas vezes é necessário estudar outras formas de utilização desse tipo de estruturas, como é o caso de pontes curvas, em que um traçado reto não bastaria para transpor um obstáculo e respeitar o traçado projetado ao viário. Para isso, o conhecimento das técnicas e teorias que fundamentam pontes estaiadas curvas é requisito para o estudo de uma concepção mais favorável e/ou otimizada, onde devem ser avaliados todos os fatores que influem em seu comportamento. Este trabalho apresenta a avaliação de esforços no tabuleiro e no mastro para diversos modelos estruturais. Na primeira etapa será discutida a forma de concepção dos modelos aplicados a um estudo de caso através de comparação dos esforços para avaliar a viabilidade de simular o tensionamento inicial nos cabos através da aplicação de uma queda de temperatura. Em seguida, serão avaliados os efeitos da posição do mastro e do posicionamento unilateral dos estais, permitindo obter a configuração que apresente um melhor desempenho geral. Por fim, as análises serão aplicadas a um estudo de caso com tabuleiro de maior largura. Dos resultados obtidos verificou-se que a configuração de tabuleiro suspenso pelo lado interno, única que não invade o gabarito de pedestres ou veículos, se mostrou viável sem, contudo, apresentar todas as vantagens estruturais, de modo que há torção significativa. Em compensação, a flexão se mostrou reduzida. / In systems of suspended cable bridges, the cable-stayed bridges had been widely used because of its capacity to overcome large spans and for being aesthetically well accepted by society, valuing the urban space and often making it a landmark. Currently, where the optimization of road infrastructure is of utmost importance, cable-stayed bridges are quite exploited by their constructive advantages, not requiring large areas of support during construction that may affect the existing traffic flow. In addition to this, the choice of the type of structure is due to several other factors such as local conditions of the foundation, the consumption of materials and labor, construction facilities, etc. It is necessary to study other forms of use of such structures, as in the case of curved bridges, where a straight path would not be enough to overcome an obstacle and respect the geometry of the road. For this, the knowledge of the techniques and theories behind curved cable-stayed bridges is a requisite for the study of a more favorable and/or optimized design, where all the factors that influence their behavior should be evaluated. This paper presents the assessment of forces on the deck and pylon for several structural models. In the first step, the models design will be discussed applied to a case by comparing the forces to evaluate the feasibility of simulating the initial tensioning in the cables through the application of a temperature drop. Next, the effects of the pylon position and the unilateral positioning of the cables will be evaluated, allowing to obtain the configuration that presents a better overall performance. Finally, the analyzes will be applied to a case with a wider deck. From the obtained results, it has been found that the configuration of deck suspended by the inner side, which does not invade the pedestrian or vehicle clearance, has proved to be feasible without, however, presenting all the structural advantages, so that there is significant torsion. In contrast, flexion was reduced.

Dos sistemas de pontes suspensas por cabos, as estaiadas tem sido largamente utilizadas devido a sua capacidade de vencer grandes vãos e, além dessa vantagem estrutural, são esteticamente bem aceitas pela sociedade, valorizando o espaço urbano e muitas vezes tornando-o ponto de referência. Atualmente, em que a otimização da infraestrutura viária é de extrema importância, as pontes estaiadas são bastante exploradas por suas vantagens construtivas, não demandando grandes áreas de apoio durante a construção que possam interferir no fluxo de veículos ou embarcações existente. Em conjunto a isso, a escolha do tipo de obra de arte se deve a diversos outros fatores, tais como as condições locais da fundação, o consumo de materiais e mão de obra, facilidades construtivas, etc. Muitas vezes é necessário estudar outras formas de utilização desse tipo de estruturas, como é o caso de pontes curvas, em que um traçado reto não bastaria para transpor um obstáculo e respeitar o traçado projetado ao viário. Para isso, o conhecimento das técnicas e teorias que fundamentam pontes estaiadas curvas é requisito para o estudo de uma concepção mais favorável e/ou otimizada, onde devem ser avaliados todos os fatores que influem em seu comportamento. Este trabalho apresenta a avaliação de esforços no tabuleiro e no mastro para diversos modelos estruturais. Na primeira etapa será discutida a forma de concepção dos modelos aplicados a um estudo de caso através de comparação dos esforços para avaliar a viabilidade de simular o tensionamento inicial nos cabos através da aplicação de uma queda de temperatura. Em seguida, serão avaliados os efeitos da posição do mastro e do posicionamento unilateral dos estais, permitindo obter a configuração que apresente um melhor desempenho geral. Por fim, as análises serão aplicadas a um estudo de caso com tabuleiro de maior largura. Dos resultados obtidos verificou-se que a configuração de tabuleiro suspenso pelo lado interno, única que não invade o gabarito de pedestres ou veículos, se mostrou viável sem, contudo, apresentar todas as vantagens estruturais, de modo que há torção significativa. Em compensação, a flexão se mostrou reduzida. / In systems of suspended cable bridges, the cable-stayed bridges had been widely used because of its capacity to overcome large spans and for being aesthetically well accepted by society, valuing the urban space and often making it a landmark. Currently, where the optimization of road infrastructure is of utmost importance, cable-stayed bridges are quite exploited by their constructive advantages, not requiring large areas of support during construction that may affect the existing traffic flow. In addition to this, the choice of the type of structure is due to several other factors such as local conditions of the foundation, the consumption of materials and labor, construction facilities, etc. It is necessary to study other forms of use of such structures, as in the case of curved bridges, where a straight path would not be enough to overcome an obstacle and respect the geometry of the road. For this, the knowledge of the techniques and theories behind curved cable-stayed bridges is a requisite for the study of a more favorable and/or optimized design, where all the factors that influence their behavior should be evaluated. This paper presents the assessment of forces on the deck and pylon for several structural models. In the first step, the models design will be discussed applied to a case by comparing the forces to evaluate the feasibility of simulating the initial tensioning in the cables through the application of a temperature drop. Next, the effects of the pylon position and the unilateral positioning of the cables will be evaluated, allowing to obtain the configuration that presents a better overall performance. Finally, the analyzes will be applied to a case with a wider deck. From the obtained results, it has been found that the configuration of deck suspended by the inner side, which does not invade the pedestrian or vehicle clearance, has proved to be feasible without, however, presenting all the structural advantages, so that there is significant torsion. In contrast, flexion was reduced.

This study includes structural instrumentation and monitoring of a 48.5 meters long cable-stayed pedestrian bridge located on EskiSehir road near METU campus. The objectives of the study are (1) to monitor the bridge responses during erection and operation stages so that the strain changes are determined during important events such as transportation, lifting, cabling, mid-support removal, slab concrete pouring and tile placement, (2) to determine existing cable forces using vibration frequencies, and (3) comparison of the experimental and analytical results for model updating. A total of 10 vibrating wire type strain gages were used for strain readings in steel members. The readings are taken at various stages of construction at every 10 to 30 minutes intervals. The bridge responses were monitored about three months and large strain changes in the order of 300 to 500 micro-strain were recorded during important events (e.g., transportation, lifting, cabling, mid-support removal, deck cover placement). The deck and tower natural vibration frequency measurements are conducted in two main directions. Two different FE models are constructed using two levels of complexity. FEM analysis results are compared against measured natural frequencies of the bridge and tower. Simplistic analytical model is modified to include temporary support removal in order to perform staged construction simulation and investigate cable force variations. Actual cable tensile forces are obtained using measured cable natural vibration frequencies. The cable frequencies are measured using a CR10X data logger and a PCB 393C accelerometer. Existing cable forces are compared against analytical simulations and symmetrically placed cables

This study investigates the static behavior and dynamic behavior of the Stonecutters Cable-Stayed Bridge, which is the third longest cable-stayed bridge in the world, when a group of 8 cables is damaged by corrosion. In this thesis, the reduction in cable cross-section area is used to simulate the corrosion level. The corroded cables are divided into 2 groups of 4 cables, arranged in symmetric and asymmetric distributions on both decks. A finite element bridge model was employed to perform the analysis. The validation of the model was established by comparing numerical results to the published results of the bridge. The model was then subjected to gravity load only to check the effects of corrosion level, the distance of the corroded cables and the distribution of the damaged cables on the decks’ deflection and cable stresses change. In the dynamic analysis, the natural frequencies and mode shapes were compared with a reference case with no corrosion-damaged cables. A recorded wind load was applied on the deck to investigate the time-history response of the mid-span in the horizontal, vertical and torsional directions, and of the tower top in the horizontal direction. Moreover, frequency analysis was performed on the time-history response, and coupled motions at certain frequencies were observed. Numerical results as the ones presented in this thesis can complement information gathered from non-destructive testing technology in detecting corrosion-damaged stay-cables in cable-stayed bridges.

“Estas vibrações são as primeiras do seu tipo para as pontes tipo viga….elas mostram a alta estabilidade aerodinâmica e confiabilidade da estrutura" (Anishyuk e Antonova, 2010). Esta é uma citação do porta-voz da empresa responsável pela construção da ponte, com vãos 120m e de 7 km de extensão, em Volgograd, na Rússia – que oscilou tão violentamente sob velocidades baixas do vento em maio de 2010, que os motoristas ficaram enjoados e a ponte foi fechada. As filmagens do movimento da ponte podem ser encontradas facilmente na internet, e causam uma visão perturbadora. O que é mais perturbador é que a empresa responsável pelo seu projeto e construção pôde ser tão ignorante da história das aerodinâmicas de pontes e conceitos aerodinâmicos básicos.As vibrações induzidas por vórtices que tinham atormentadas a Ponte Volgograd são agora atenuadas por um sistema avançado de dispositivos de amortecimento mecânico. Se as medidas de segurança tivessem sido tomadas durante a fase do projeto, a necessidade desses dispositivos de amortecimento poderia ter sido evitada. Uma variedade de dispositivos aerodinâmicos passivos tem apresentado ser extremamente eficaz na supressão das vibrações induzidas por vórtices em velocidades baixas do vento para um número de pontes de grande vão Investigações adequadas em túnel de vento realizadas durante a fase do projeto podem alertar os projetistas da existência de instabilidades aerodinâmicas inerente no projeto, e passos podem ser tomados para modificar o formato do tabuleiro para otimizar o seu desempenho dinâmico sob cargas de vento. Investigações experimentais da efetividade na supressão das vibrações induzidas por vórtices, por uma série de dispositivos aerodinâmicos passivos, têm sido realizadas no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann, em Porto Alegre. Dispositivos foram projetados com base nas modificações feitas a outros projetos de pontes que sofreram com as vibrações indesejadas da velocidade baixa do vento, tanto no túnel de vento durante a fase do projeto, durante a construção ou após a conclusão da ponte em grande escala. Dispositivos foram testados usando um modelo dinâmico de uma ponte da vida real, e os resultados indicaram que algumas modificações simples a geometria da seção transversal do tabuleiro podem ter um efeito significativo na sua resposta. / “These vibrations are the first of their kind for beam-type bridges….they show the high aerodynamic stability and reliability of the structure” (Anishyuk and Antonova, 2010). This is a quote taken from the spokesman of the company responsible for the construction of the 7km long reinforced concrete bridge in Volgograd, Russia – whose multiple continuous 120 meter spans oscillated so violently under low-wind speed conditions in May of 2010 that motorists became seasick and the bridge was closed. Footage of the bridge’s movement can easily be found on the internet, and makes for disturbing viewing. What is even more disturbing is that the company responsible for its design and construction could be so ignorant to the history of bridge aerodynamics and basic aerodynamic concepts. The vortex-induced vibrations which had plagued the Volgograd Bridge are now mitigated by an advanced system of mechanical damping devices. If proper precautions had been taken during the design stage of the bridge, the necessity of these damping devices could have been avoided. A variety of passive aerodynamic devices have been shown to be extremely effective in the suppression of low wind speed vortex-induced vibrations for a number of long-span bridges Proper wind-tunnel investigations undertaken during the design stage can alert designers to the existence of aerodynamic instabilities inherent to the design, and steps can be taken to modify the shape of the deck to optimise its dynamic performance under wind loads. Experimental investigations of the effectiveness of range of passive aerodynamic devices to suppress vortex-induced vibrations have been conducted at the Professor Joaquim Blessmann Wind-Tunnel, Porto Alegre. Devices were designed based on modifications made to other bridge designs which suffered from unwanted low wind speed vibrations, either in the windtunnel during the design stage, during erection or after completion of the full-scale bridge. Devices were tested using a dynamic section model of a real-life bridge deck design. Results indicate that some simple modifications to the cross-section geometry of the deck can have a substantial effect on its response.

“Estas vibrações são as primeiras do seu tipo para as pontes tipo viga….elas mostram a alta estabilidade aerodinâmica e confiabilidade da estrutura" (Anishyuk e Antonova, 2010). Esta é uma citação do porta-voz da empresa responsável pela construção da ponte, com vãos 120m e de 7 km de extensão, em Volgograd, na Rússia – que oscilou tão violentamente sob velocidades baixas do vento em maio de 2010, que os motoristas ficaram enjoados e a ponte foi fechada. As filmagens do movimento da ponte podem ser encontradas facilmente na internet, e causam uma visão perturbadora. O que é mais perturbador é que a empresa responsável pelo seu projeto e construção pôde ser tão ignorante da história das aerodinâmicas de pontes e conceitos aerodinâmicos básicos.As vibrações induzidas por vórtices que tinham atormentadas a Ponte Volgograd são agora atenuadas por um sistema avançado de dispositivos de amortecimento mecânico. Se as medidas de segurança tivessem sido tomadas durante a fase do projeto, a necessidade desses dispositivos de amortecimento poderia ter sido evitada. Uma variedade de dispositivos aerodinâmicos passivos tem apresentado ser extremamente eficaz na supressão das vibrações induzidas por vórtices em velocidades baixas do vento para um número de pontes de grande vão Investigações adequadas em túnel de vento realizadas durante a fase do projeto podem alertar os projetistas da existência de instabilidades aerodinâmicas inerente no projeto, e passos podem ser tomados para modificar o formato do tabuleiro para otimizar o seu desempenho dinâmico sob cargas de vento. Investigações experimentais da efetividade na supressão das vibrações induzidas por vórtices, por uma série de dispositivos aerodinâmicos passivos, têm sido realizadas no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann, em Porto Alegre. Dispositivos foram projetados com base nas modificações feitas a outros projetos de pontes que sofreram com as vibrações indesejadas da velocidade baixa do vento, tanto no túnel de vento durante a fase do projeto, durante a construção ou após a conclusão da ponte em grande escala. Dispositivos foram testados usando um modelo dinâmico de uma ponte da vida real, e os resultados indicaram que algumas modificações simples a geometria da seção transversal do tabuleiro podem ter um efeito significativo na sua resposta. / “These vibrations are the first of their kind for beam-type bridges….they show the high aerodynamic stability and reliability of the structure” (Anishyuk and Antonova, 2010). This is a quote taken from the spokesman of the company responsible for the construction of the 7km long reinforced concrete bridge in Volgograd, Russia – whose multiple continuous 120 meter spans oscillated so violently under low-wind speed conditions in May of 2010 that motorists became seasick and the bridge was closed. Footage of the bridge’s movement can easily be found on the internet, and makes for disturbing viewing. What is even more disturbing is that the company responsible for its design and construction could be so ignorant to the history of bridge aerodynamics and basic aerodynamic concepts. The vortex-induced vibrations which had plagued the Volgograd Bridge are now mitigated by an advanced system of mechanical damping devices. If proper precautions had been taken during the design stage of the bridge, the necessity of these damping devices could have been avoided. A variety of passive aerodynamic devices have been shown to be extremely effective in the suppression of low wind speed vortex-induced vibrations for a number of long-span bridges Proper wind-tunnel investigations undertaken during the design stage can alert designers to the existence of aerodynamic instabilities inherent to the design, and steps can be taken to modify the shape of the deck to optimise its dynamic performance under wind loads. Experimental investigations of the effectiveness of range of passive aerodynamic devices to suppress vortex-induced vibrations have been conducted at the Professor Joaquim Blessmann Wind-Tunnel, Porto Alegre. Devices were designed based on modifications made to other bridge designs which suffered from unwanted low wind speed vibrations, either in the windtunnel during the design stage, during erection or after completion of the full-scale bridge. Devices were tested using a dynamic section model of a real-life bridge deck design. Results indicate that some simple modifications to the cross-section geometry of the deck can have a substantial effect on its response.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第22414号 / 工博第4675号 / 新制||工||1729(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 杉浦 邦征, 教授 河野 広隆, 教授 八木 知己 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM