Abstract
Most of civil engineering cable structures are subjected to potential damages mainly due to dynamic oscillations induced by wind, rain or traffic. If vibration amplitudes of bridge cables are too high, it may cause fatigue damages. Recently, research had been conducted dealing with the use of damping devices in order to reduce vibration amplitudes of cables. In this paper, thin Ni–Ti (Nickel–Titanium) Shape Memory Alloy (SMA) wires were used as damping devices. The aim of this work is to qualitatively and quantitatively assess the efficiency of Ni–Ti dampers to reduce the vibration amplitudes of civil engineering cables. For a practical control of the SMA in damping for stayed cables, several measurements were carried out in this work, on a realistic full scale cable sample in Ifsttar (Nantes – France) laboratory facility. The experimental observations were done inducing quite high oscillations in the middle of the cable without any damper device or with a SMA damper device made by two thin NiTi parallel wires. The intrinsic damping coefficient in the free cable was extremely low. The reduction of cable oscillation amplitudes was about 25% in 1 min. The effects of the damper are investigated in this study, outlining the drastic reduction of the oscillation amplitudes all along the cable in less than 10 s. Other tests were performed placing the source of oscillations or the damper at different positions along the cable and the results are observed and compared. Finite element simulations have been carried out using Marc/Mentat finite element code with good agreement between experiment and simulation. The finite element tools enable to study quantitatively the effectiveness of the damper at several points of the cable
چکیده
بیشتر سازه های کابلی مهندسی عمران به دلیل نوسان های دینامیکی که عمدتاً توسط باد، باران یا ترافیک ایجاد می شوند در معرض خسارت های بالقوّه قرار دارند. اگر دامنۀ نوسان کابل های پل خیلی بالا باشد، ممکن است خسارت های ناشی از خستگی را ایجاد بکند. اخیراً تحقیقی انجام گرفته است که محتوای آن استفاده از ابزار مستهلک کننده بمنظور کاهش دامنۀ نوسان کابل ها می باشد. در این مقاله سیم های نازک (نیکل – تیتانیوم) آلیاژ حافظه ای شکل (SMA) به عنوان ابزارهای مستهلک کننده بکار رفتند. هدف این پژوهش عبارت از این است که بطور کمّی و کیفی کارآیی مستهلک کننده های نیکل-تیتانیوم را در کاهش دامنه های نوسان کابل های مهندسی عمران ارزیابی بکند. در این تحقیق برای یک کنترل عملیِ SMA در استهلاک برای کابل های ثابت، ، بر روی یک نمونه کابل واقعی با مقیاس کامل در آزمایشگاه Ifstar (در شهر نانتس کشور فرانسه) اندازه گیری های متعددی انجام گرفت. در شرایطی که نوسانات بسیار بالا در وسط کابل برای حالت های بدون هیچ گونه ابزار مستهلک کننده و یا با ابزار مستهلک کنندۀ SMA ساخته شده از دو سیم موازی نیکل-تیتانیوم ایجاد شد، مشاهدات آزمایشگاهی انجام گرفت. ضریب میرایی ذاتی در کابل آزاد به شدت پایین بود. کاهش دامنه های نوسان کابل تقریباً 25% در یک دقیقه بود. تأثیرات مستهلک کننده ها در این پژوهش مورد تحقیق قرار گرفته است، که کاهش دامنه های نوسان در طول کابل در کمتر از 10 ثانیه را برجسته میسازد. آزمایش های دیگری انجام گرفتند که در آن ها منبع تولید کنندۀ نوسانات یا مستهلک کننده ها در موقعیت های مختلفی در طول کابل قرار گرفتند و نتایج مشاهده شد و مقایسه گردید. شبیه سازی های المان محدود با استفاده از آیین نامۀ المان محدود Marc/Mentat با همخوانی خوب ما بین نتایج آزمایشگاه و شبیه سازی ها. انجام گرفته اند ابزار های المان محدود امکان مطالعۀ کمّی تأثیر مستهلک کننده را در نقاط مختلف کابل فراهم میکنند.
1-مقدمه
کابل ها قسمت های بحرانی بسیاری از سازه های مهندسی عمران، پلهای معلق، و پل های بتنی پیش تنیده هستند [1]. کابل های پل ها در معرض دو مکانیزم آسیب قرار میگیرند:
-پدیدۀ خوردگی به دلیل شرایط دریایی، محیط دریایی، باران و برف [2].
-پدیدۀ خستگی فرسایش به دلیل بار های متناوب تاشی از ترافیک و عملکرد باد [4،3].
نوسانات کابل ایجاد شده توسط ترافیک، باد و/یا باران در مقالات بسیاری [10-5] مورد مطالعه قرار گرفته اند چرا که آن ها میتوانند بطور بالقوّه تنش های متناوب را ایجاد بکنند که در خود کابل ها و همچنین در لنگرگاه ها (محل گیردار شدن کابل ها) به پدیدۀ خستگی منجر میشوند...