Dinamica di un ponte sospeso controllato da tuned mass dampers sotto azioni eoliche di buffeting

Present Thesis dissertation deals with long-span bridges vibrations analysis under wind excitation and with the implementation of a particoular structural control system. Control of modern flexible structures has an important role in Structural Engineering, cause of safe and comfort requisite. Application of Tuned Mass Dampers and hysteretic dampers as control system is tested on case study represented by Shimotsui-Seto Bridge in Japan, through a finite elements numerical model. This particular structure was deeply analyzed for its modal behavior which has a primary role in vibration damping by TMD devices. Literature review was examined in depth in order to get the magnitude order of main parameters of the above mentioned control system. Simultaneously, an hybrid control was attained by use of TMD and hysteretic passive and semiactive dampers. Wind velocity time histories were simulated by Di Paola and Gullo initial approach which considers the power spectral density matrix in its eigenvectors base. Moreover, Solari and Piccardo complete wind turbulence model allowed to extend the Di Paola and Gullo dissertation. Simplified bridge model in Matlab environment was created eventually. Its dynamic response was performed by a mode superposition analysis and it allowed a deep awareness of system behavior, with the realization of a tuned mass damper with variable hysteresis model. Simplifications introduced allowed to formulate some consideration on the dynamical properties of long-span suspension bridge like ones studied in this dissertation.

L'oggetto del presente lavoro di tesi è lo studio delle vibrazioni dei ponti sospesi di grande luce soggetti ad eccitazione eolica insieme all'implementazione di una metodologia di controllo strutturale appropriata. L'esigenza del controllo di strutture flessibili risulta sempre di maggiore importanza nell'Ingegneria Strutturale, in virtù dei requisiti sia di sicurezza che di comfort. Il lavoro intrapreso mira a valutare l'effetto dell'applicazione di tuned mass damper e di dissipatori isteretici come sistema di controllo, su un caso studio rappresentato dal ponte Shimotsui-Seto in Giappone, preliminarmente attraverso un suo modello numerico a elementi finiti. Di questa struttura, è stato analizzato estensivamente il comportamento modale, di primaria importanza nel caso di meccanismo di controllo delle vibrazioni basato sui TMD. A partire da una estesa ricerca bibliografica sul tema dei TMD applicati ai ponti sospesi di grande luce, è stato possibile ricavare l'ordine di grandezza dei dati di progetto degli assorbitori e valutarne l'efficacia su un modello a elementi finiti della struttura in esame. Unitamente alla strategia di controllo passivo, è stata valutata la risposta del ponte controllato da un sistema ibrido tra TMD e dissipatori isteretici, sia passivi che semiattivi. Le storie temporali della velocità del vento sono state modellate utilizzando l'approccio iniziale utilizzato da Di Paola e Gullo che prevede la decomposizione della matrice delle densità spettrali nella base dei suoi autovettori. Inoltre, l'utilizzo del modello completo di turbolenza del vento proposto da Solari e Piccardo ha permesso di estendere la loro trattazione. La creazione di un modello semplificato della struttura in ambiente Matlab, la cui risposta è basata sulla sovrapposizione modale ha permesso di indagare in modo approfondito il comportamento del sistema, unitamente all'implementazione di un TMD basato su un modello di isteresi e fornendo le basi per lo sviluppo futuro di un sistema semiattivo. Le semplificazioni introdotte nel suddetto modello hanno poi permesso di trarre alcune considerazioni sulla dinamica di strutture flessibili quali i ponti sospesi di grande luce.