On the modelling of aeolian vibrations of damped multi-span suspended cables

Aoelian Vibrations represent one of the most severe causes of damage and failure for suspended cables in Overhead Electrical Transmission Lines. Conductors are prone to fatigue failure in correspondence of their suspension clamps, as well as the other parts of these systems, such as spacers or dampers. The present thesis focuses on the above-mentioned dynamic problem by developing a suitable theory and providing solutions for cases of application. The aim of the work is twofold: (i) extending the well-known Energy Balance Method (EBM) to deal with multi-span cables and (ii) developing simple design criteria for passive damping devices that can be attached to the line to mitigate the vibration severity. The thesis is organized starting from the analysis of the simplest case, i.e. a single-span cable suspended to rigid supports, and moving towards more complex models that take into account the possible presence of dampers, flexible supports and coupled spans. For each considered case, the classic EBM is applied to assess the severity of aeolian vibrations and parametric analyses are carried out to investigate the effect of damping devices attached to the cable. Within this context, it is shown how the adoption of a proper non-dimensional setting for the formulation of the governing equations of the dynamic problem naturally leads to remarkably simple yet meaningful design criteria for the dampers.

Le vibrazioni eoliche rappresentano una delle più gravi cause di danni e guasti per cavi sospesi in linee di trasmissione elettrica aree. I conduttori sono soggetti a cedimento per fatica in corrispondenza dei morsetti di sospensione, così come in altre parti del sistema, come distanziatori o smorzatori. Il presente lavoro di tesi si concentra sul suddetto problema di tipo dinamico sviluppando una teoria adeguata e fornendo soluzioni per casi applicativi. Lo scopo del lavoro è duplice: (i) estendere il noto metodo del bilancio dell’energia (EBM) per la trattazione di cavi con più campate e (ii) sviluppare criteri di progettazione semplici per dispositivi di smorzamento esterni, che possono essere inseriti lungo le campate per ridurre l’intensità delle vibrazioni. La tesi è organizzata a partire dall’analisi del caso più semplice, ovvero quello di un’unica campata sospesa con supporti rigidi, e man mano si approccia allo studio di sistemi più complessi che tengono in considerazione l’eventuale presenza di dissipatori, supporti intermedi flessibili e campate accoppiate. Per ogni caso considerato, viene applicato il metodo di bilancio dell’energia (EBM) per valutare l’entità delle vibrazioni eoliche e vengono, inoltre, effettuate analisi parametriche per indagare l'effetto di dispositivi di smorzamento presenti sul cavo. In questo contesto, viene mostrato come l’adozione di una corretta formulazione matematica non dimensionale del problema dinamico porti a criteri di dimensionamento dei dissipatori semplici ma piuttosto efficaci.