Stochastic structural control of bridges subject to wind-induced vibrations using separated surfaces

Abstract

Esta tesis estudia el control activo de puentes de gran luz utilizando superficies de control fijadas debajo del tablero, como un método efectivo para controlar las vibraciones inducidas por el viento, en particular, buffeting y fluttering, haciendo especialmente énfasis en la primera. En este trabajo, se desarrolló una formulación en espacio de estados la cual fue analizada variando los diferentes parámetros involucrados en el control activo del puente. Se observó que esta formulación es dependiente de la velocidad media del viento, por lo tanto se utilizó en enfoque de control estocástico que utiliza ganancias variables, el cual demostró un eficiente desempeño para el rango de velocidades de viento deseadas; sin embargo, el funcionamiento del sistema de control no es tan bueno como se podría esperar cuando se tienen vientos altamente turbulentos, en razón a que las fuerzas de buffeting tienen una gran influencia en el modo de vibración vertical. Como las fluctuaciones del viento son un proceso estocástico, se realizó un análisis paramétrico del sistema, demostrando que el uso de superficies de control no son tan eficientes como se desearía para la mitigación de las vibraciones inducidas por la turbulencia del viento. / Abstract. This thesis studies the use of separated control surfaces attached beneath the deck of a longspan bridge as an effective method for controlling wind induced vibrations, namely, buffeting and fluttering, making stress on the influence of the former. In this work, a state space formulation of the controlled bridge was developed. This formulation was analyzed varying the different parameters involved in the structural control. As it was seen that the state space formulation was dependent on the mean wind speed a variable gain approach was employed, showing an efficient performance of the control algorithm on the wind design range; however in turbulent winds the performance of the control system may not be as good as expected, in as much as the buffeting forces have a great influence on the heaving vibration mode. Since the wind fluctuations are a stochastic process a parametric analysis of the system was carried out, showing also that the use of control surfaces is not a very effective system for controlling the turbulent component of the wind.