Come Separare e Analizzare le Frequenze e le Modalità di Vibrazione nelle Ispessiture Sottili delle Travi

L'analisi delle frequenze e delle modalità di vibrazione delle travi sottili è fondamentale per garantire la stabilità strutturale e la sicurezza delle infrastrutture, in particolare quando si considera l'interazione tra il traffico veicolare e la struttura stessa. Un aspetto cruciale di questa analisi è la separazione delle modalità di vibrazione verticali e torsionali, che, se non gestite correttamente, possono compromettere la capacità di valutare accuratamente le condizioni dinamiche di una trave o di un ponte. Il processo proposto si concentra sull'uso di un veicolo di prova a singolo assale per raccogliere le risposte di contatto e separare le frequenze e le modalità di vibrazione verticali e torsionali, anche in presenza di irregolarità superficiali della pavimentazione.

Nel corso di un'analisi dinamica, un veicolo che attraversa il ponte genera risposte di contatto, che possono essere utilizzate per recuperare le modalità di vibrazione della struttura. Questi dati sono stati confrontati con simulazioni numeriche, che hanno confermato l'affidabilità della tecnica proposta. In particolare, sono stati identificati i parametri relativi alle frequenze verticali e torsionali, così come alle modalità di flessione e torsione delle travi. L'accuratezza delle modalità recuperate è stata validata dai valori di correlazione dei parametri, come il Modal Assurance Criterion (MAC), che ha mostrato valori molto elevati, indicando che le modalità di vibrazione verticali e torsionali possono essere recuperate con una precisione quasi perfetta.

Un aspetto cruciale della separazione delle modalità è l'effetto del flusso di traffico bidirezionale sul ponte. Durante il test, i veicoli che entrano da entrambe le direzioni generano risposte di contatto che possono influire sulle frequenze e sulle modalità di vibrazione del ponte. In uno studio parametricamente strutturato, è stato osservato che il traffico in movimento attenua gli effetti negativi causati dalla pavimentazione irregolare, migliorando la qualità della separazione delle modalità di vibrazione.

Il miglioramento delle tecniche di analisi delle vibrazioni nelle travi sottili non si limita alla separazione delle frequenze. Un altro aspetto fondamentale riguarda la possibilità di identificare le frequenze torsionali e verticali anche in presenza di condizioni difficili, come la pavimentazione irregolare o la presenza di traffico. È stato osservato che la risposta al contatto del veicolo, se ben isolata dalle frequenze proprie del veicolo, consente di identificare più frequenze della struttura, anche quelle di ordine superiore. Questo permette una comprensione più completa delle condizioni dinamiche del ponte.

Inoltre, la proposta di metodo di separazione delle frequenze e delle modalità di vibrazione permette di identificare con successo le frequenze e le modalità torsionali e verticali delle travi sottili anche in presenza di irregolarità nella pavimentazione. La tecnica, che non richiede conoscenze preliminari sulle ampiezze di spostamento relative delle modalità, si rivela robusta anche in presenza di traffico in movimento, migliorando così la rilevabilità delle modalità di vibrazione.

Come il Movimento Oscillante del Veicolo Aiuta a Scoprire le Frequenze di Vibrazione di un Ponte

Nel contesto della rilevazione delle frequenze di un ponte tramite il movimento di un veicolo, la questione centrale riguarda l'eliminazione delle frequenze del veicolo stesso, in particolare quelle dovute al suo movimento verticale e oscillante. Le risposte delle ruote del veicolo durante il test su strada piana sono state analizzate per evidenziare l'efficacia di un approccio che permetta di isolare le frequenze del ponte da quelle generate dal veicolo. Le analisi delle accelerazioni e dei relativi spettri hanno mostrato come la metodologia impiegata consenta di escludere efficacemente le frequenze del veicolo dalle risposte di contatto delle ruote, lasciando solo i residui causati dal rumore ambientale, inevitabili in qualsiasi rilevazione.

Nelle prove condotte, le risposte di accelerazione registrate dai sensori posti sulle ruote sinistra e destra del veicolo sono state elaborate per ottenere gli spettri delle frequenze di contatto. Quando si confrontano questi spettri con quelli derivati dai test su strada piana, si osserva che le due piccole vette nei precedenti spettri delle ruote sono completamente eliminate. Questo risultato suggerisce che non solo il procedimento di calcolo retroattivo è valido per ottenere le risposte di contatto del veicolo, ma che queste risposte possiedono la caratteristica desiderata di rimuovere le frequenze del veicolo dagli spettri generati dal movimento oscillante. Ciò implica che il veicolo, pur mantenendo un movimento relativamente semplice, è in grado di separare le vibrazioni provenienti dal ponte da quelle interne al proprio sistema.

Nell’ambito delle misurazioni sul ponte, il dato che viene analizzato è una parte specifica dei dati raccolti, escludendo quelli legati all'ingresso e all'uscita del veicolo dal ponte stesso. In uno degli scenari di test, il veicolo si è mosso senza interruzioni sopra il ponte a una velocità di circa 0,32 m/s. I dati di accelerazione registrati dai sensori sono stati utilizzati per calcolare le risposte di contatto e successivamente estrarre le frequenze del ponte. Confrontando i risultati ottenuti dalle ruote sinistra e destra del veicolo con le misurazioni dirette precedenti, si sono identificate tre principali vette spettrali: le prime due corrispondono alle frequenze del ponte, mentre la terza rappresenta la frequenza verticale del veicolo. Importante è che la frequenza di oscillazione del veicolo sia stata eliminata, consentendo una rilevazione più chiara e precisa delle frequenze del ponte.

In aggiunta, va sottolineato che l'analisi delle frequenze vibrazionali di un ponte attraverso il movimento oscillante di un veicolo non è priva di sfide, specialmente per quanto riguarda la gestione del rumore ambientale e la qualità dei dati raccolti. È quindi essenziale adottare tecniche avanzate di elaborazione del segnale, come il filtraggio e l’uso di veicoli con sistemi di smorzamento, per ottenere misurazioni il più possibile precise.