13rd International Symposium on Structures, Geotechnics and Construction Materials

13rd Colloquium on structural analysis, design and monitoring

Experimental assessment and modeling of the dynamic characteristics of metal bridges

Abstract

Modal Analysis (MA) is the process of determining the inherent dynamic characteristics of a system in the form of natural frequencies, damping factors and mode shapes, and using them in formulating a mechanical model of its dynamic behavior. MA consists of three fundamental stages: 1) Data collection, 2) System identification, and 3) Obtaining the modal parameters: frequencies, mode shapes, damping ratios. In metal bridges, whether road or railway, the dynamic characteristics are usually different depending on a multiplicity of factors, but the global modes usually appear grouped due to their relative regularity, which often makes their distinction and separation difficult, during its experimental and modeling evaluation, given their similarity, which makes some applications difficult such as Model updating, damage detection, etc. This being especially complex if a limited number of sensors are available to carry out the modal field tests during modal analysis.
The work presents the dynamic characteristics of two metal bridges studied, obtained through MA techniques, as well as the procedures followed for the estimation of dynamic parameters experimentally and through modeling. In these, the proximity of the main forms of global oscillation of said structures, mentioned above, is confirmed, which points towards a complex obtaining of results in applications such as: model updating, damage detection, etc. Some solutions are stated to mitigate the effect of these difficulties.

Resumen

El Análisis Modal (AM) es el proceso de determinar las características dinámicas inherentes de un sistema en forma de frecuencias naturales, factores de amortiguamiento y formas modales y utilizarlos en formular un modelo mecánico de su comportamiento dinámico; consta de tres etapas fundamentales: 1) Recolección de datos, 2) Identificación del sistema, y 3) Obtención de los parámetros modales: frecuencias, formas principales de oscilaciones, razones de amortiguamiento. En los puentes metálicos, ya sea de carretera o de ferrocarril, las características dinámicas suelen ser diferentes en función de multiplicidad de factores, pero los modos globales suelen aparecer agrupados debido a su relativa regularidad, lo cual en muchas ocasiones dificulta su distinción y separación durante la modelación y evaluación experimental, dada su similitud, lo cual dificulta algunas aplicaciones como la calibración de los modelos estructurales, la detección de daño, etc., siendo esto especialmente complejo si se dispone de un número limitado de sensores para la realización de los ensayos modales durante el análisis modal.
En el trabajo se presentan las características dinámicas de dos puentes metálicos estudiados, obtenidas mediante las técnicas de AM, así como los procedimientos seguidos para la estimación de dichos parámetros dinámicos experimentalmente y mediante la modelación. En estos se constata la proximidad de las formas principales de oscilación globales de dichas estructuras, antes mencionada, lo que apunta hacia una compleja obtención de resultados en aplicaciones como son: la calibración de modelos estructurales, la detección de daño, etc. Se enuncian algunas soluciones para atenuar el efecto de estas dificultades.