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Título: Validation of seismic response prediction of a guyed telecommunication mast with ambient vibration measurements
Autores: Ghafari Osgoie, Mahtab
Fecha: 2013
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Civil
Descripción: Telecommunication structures are essential components of communication and post-disaster networks that must remain operational after a design-level of earthquake. Although many studies have been done to evaluate the response of these structures when subjected to wind and earthquakes, almost all of them are numerical simulations using finite element analysis models. In fact the most common way for predicting the dynamic characteristics of these towers is using nonlinear dynamic analysis models, and there is a lack of experiments in this field. In other words, despite of all the numerical studies which have been done with care and expert knowledge, little validation with physical tests or measurements has been reported to evaluate the level of accuracy of these computational studies. Hence the degree of uncertainty of these modeling predictions has not been determined up to now even in controlled laboratory conditions. The research presents full-scale investigations of the dynamic characteristics of a real 111.2 m tall guyed telecommunication tower owned by Hydro Québec and located in St. Hyacinthe, Québec. Ambient Vibration Measurements (AVM) were carried out on the tower mast and supporting guy cables to determine dominant natural frequencies, mode shapes and damping properties. A comparison of the results extracted from the AVM records and those predicted by detailed finite element models indicates the level of accuracy of the models and future dynamic analysis. Acceleration measurements on the guy wires provide the database for calculating the cable tensions. The importance of considering accurate cable tensions for the study of the dynamic characteristics of the tower was demonstrated by the comparison between the numerical eigenvalue analyses of detailed finite element tower models with various adjustments in cable tensions. This was further emphasized in a series of earthquake simulations under three classical earthquakes records. A final series of numerical simulations were done under two different gravity loading cases, namely with and without consideration of tower attachments such as antennas, transmission lines, and other appurtenances such as ladder, resting platforms, etc., which contribute additional weight and inertia. These simulations were done using a range of guy wire tensions varying between 8% and 15% of the cables rated breaking strength and under four earthquake records, adding an artificial Montreal record to the three previous classical ones. In conclusion, considering that the actual cable tension may vary in the studied range of values has provided a good agreement between the experimental dynamic characteristics of the tower and non-linear finite element models results. On that basis, the accuracy of the seismic analysis results is validated.
Les structures de télécommunication sont des éléments essentiels des réseaux de télécommunication d'urgence qui doivent rester fonctionnels en cas de séismes. Bien que l'étude du comportement de ces structures sous l'effet du vent ou des séismes ait fait l'objet de plusieurs études numériques utilisant la méthode des éléments finis, très peu de ces études ont été validées à l'échelle réelle par des mesures expérimentales dans la littérature scientifique. Cette recherche présente une étude expérimentale détaillée des caractéristiques dynamiques d'une tour de télécommunication haubanée de 111.2 m de hauteur, propriété d'Hydro Québec et située à Saint-Hyacinthe, Québec. Cette étude procède par mesures de vibrations ambiantes (ou bruit ambiant) le long du mât et des câbles de haubans. Ces enregistrements ont ensuite été analysés pour en extraire les caractéristiques dynamiques telles les fréquences naturelles dominantes et les modes de vibration associés ainsi que leur taux d'amortissement. Ces résultats expérimentaux ont ensuite été comparés aux prédictions numériques par éléments finis afin de déterminer la précision des modèles. Les mesures d'accélération prises sur les câbles de haubans ont été utilisées pour calculer les tensions mécaniques dans les différents groupes de haubans. L'importance d'utiliser des valeurs précises des tensions dans les haubans pour obtenir des prédictions numériques réalistes est démontrée dans les analyses aux valeurs propres (fréquences et modes naturels dominants) et confirmée par une série d'analyses sismiques non linéaires utilisant trois exemples classiques de tremblements de terre. Une dernière série d'analyses sismiques a considéré deux conditions de charges de gravité, soit le pylône sans masses additionnelles et le pylône chargé de tous ses composants fonctionnels - antennes, lignes de communication et accessoires tels les échelles, plates-formes de repos, etc., lesquels contribuent poids et inertie. Ces simulations numériques ont également considéré une variation des tractions initiales d'installation des câbles de haubans entre 8% et 15% de leur capacité ultime, et quatre cas de séismes, ajoutant un séisme artificiel pour Montréal aux trois cas classiques utilisés précédemment. En conclusion, les caractéristiques dynamiques du pylône obtenues par simulation se sont avérées en accord avec les mesures pour cet intervalle de tractions des haubans, ce qui laisse présager une précision réaliste des simulations sismiques quand la variabilité des tractions des haubans est prise en compte.
Idioma: en