Finite element modelling and structural system identification of a base isolated steel arch bridge

Abstract

Ýmsir eiginleikar mannvirkja breytast með aldri þess. Með því að fylgjast með þessum breytingum má greina ýmsar gagnlegar upplýsingar um ástand og heilsu burðarvirkis. Þessi ritgerð fjallar um kerfisauðkenningu (e. system identification) sem gengur út á að búa til stærðfræðilíkan af burðarkerfi og ákvarða sveifluhætti þess. Niðurstöðurnar má nota til samanburðar og kvörðun á reiknilíkönum, sem til dæmis byggja á einingaaðferðinni. Í ritgerðinni eru skoðaður fræðilegur bakgrunnur þriggja aðferða sem mikið eru notaðar við kerfisauðkenningu. Einnar frelsisgráðu kerfi er notað til að bera þær saman. Bestu aðferðinni er í framhaldinu beitt á raunverulegt mannvirki sem er stálbogabrú sem er jarðskjálftaeinangruð með blý-gúmmílegum. Einnig er búið til einingarlíkan af brúnni þar sem byggt er á upprunalegum burðarþolsteikningum og niðurstöður sem það líkan gefur bornar saman við sveifluhætti sem fundnir eru með kerfisauðkenningunni. Góð samsvörun fæst á milli sveiflueiginleika sem einingaraðferðin skilar af sér og stikana sem koma út úr kerfisauðkenningunni.

With structures getting old and structural parameters changing with time, the ability to monitor their changes gets very useful. This thesis focusses on system identification and its ability to identify modal parameters. System identification is used to create mathematical models of structures which are then compared to a finite element model. After the comparison, the solution could be used to update the FEM as the structure changes. In the thesis, different system identification methods are introduced and their theoretical background is studied. Starting with identifying a simple SDOF system all the methods introduced are applied and compared. After comparing the different methods one of them is selected to be used in a case study where a modal identification is done on a base isolated steel arch bridge. A finite element model is created on the bridge and compered to the findings of the identification process. The results indicate the efficiency of system identification in the sense that the identified modal parameters are very similar to those obtained from the FEM of the structure created on the basis of structural drawings and specifications.