Bayesian forces identification in cable networks with small bending stiffness

The regular monitoring of cable forces is essential for ensuring the safety of cable structures both during construction and throughout their lifetime. This thesis aims at developing a vibration-based identification procedure of the axial forces, bending stiffness and crossing point position of cable networks. A model constituted by two crossing stays having small bending stiffness and negligible sag effects is considered. The in-plane and out-of-plane direct dynamic problems are solved both numerically and through a perturbation approach. The obtained results are compared to the FEM outcomes for validation purposes. The theoretical studies are also supported by experimental tests performed on a real cable stated bridge (Haccourt Bridge), which provide further knowledge of the dynamics of the system showing that models of cables with small bending stiffness are more appropriate than taut string models. The inverse analysis based on Non-linear Bayesian regression is developed for both the in-plane and the out-of-plane problems and the closed form asymptotic formulations are used to prove that the bending stiffness, the cable forces and the crossing point position can be separately identified from given observed frequencies. The implemented procedure is then applied to the tested bridge as proof of concept, showing that the in-plane identification strategy is best suited to the case study.

Il regolare monitoraggio delle forze nei cavi è essenziale per garantire la sicurezza di tensostrutture sia durante la costruzione che durante la loro vita utile. La tesi mira a sviluppare una procedura di identificazione di forze assiali, rigidezza flessionale e posizione del punto di incrocio di reti di cavi, a partire dalla misura delle vibrazioni. Si considera un modello costituito da due stralli incrociati con piccola rigidezza flessionale. Le analisi dinamiche dirette, nel piano e fuori dal piano, vengono eseguite sia con un metodo numerico che con un approccio perturbativo. A fini validativi, i risultati vengono confrontati con quelli ottenuti da un’analisi ad elementi finiti. Gli studi teorici sono inoltre supportati da test sperimentali eseguiti su un ponte esistente (Haccourt Bridge), i quali forniscono ulteriori informazioni sulla dinamica del sistema mostrando come modelli di cavi con piccola rigidezza flessionale sono più appropriati di modelli di corda vibrante. L’analisi inversa basata sulla regressione non lineare Bayesiana viene eseguita sia per il problema nel piano che per quello fuori dal piano e le formulazioni asintotiche in forma chiusa vengono utilizzate per dimostrare che le tensioni, la rigidezza flessionale e la posizione del punto di incrocio possono essere separatamente identificate a partire dalle frequenze proprie osservate. Le procedure implementate vengono quindi applicate al ponte testato, dimostrando che il metodo di identificazione nel piano è più adatto al caso studio.