Vibrational analysis of a two-level civil structure under pulse excitations in the metropolitan area of Bucaramanga
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Universidad Santo Tomás. Seccional Bucaramanga
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Vibrational analysis in civil engineering is essential for understanding the behavior of structures. Vibrations can be caused by multiple external agents and can be studied in different contexts such as vibrations induced by live loads (people on pedestrian bridges, floors with pedestrian traffic, areas where sports activities take place, etc.), vibrations induced by machinery (in buildings, towers, suspension and cable-stayed bridges, etc.), and vibrations induced by traffic and construction activity (on roads, railways, construction sites, etc.) [1]. The aim is to study the vibrational dynamics of a two-degree-of-freedom structural system under the action of external forces varying in time, step, and pulse, determining the structure's response (displacement, velocity, and acceleration) due to an external action. The dynamic system of coupled differential equations will be numerically solved using Mathematica software for subsequent analysis of the structure's dynamic response, contrasting it with simulations conducted in the finite element software ETABS for complementary analysis and proper structural sizing. Consequently, dynamic analysis of civil structures becomes a crucial element in design and construction, providing guidance on validating a mathematical model and additionally suggesting the types of repetitive tests over time that may indicate potential damage during the structures' service life.
El análisis vibracional en ingeniería civil es fundamental para comprender el comportamiento de las estructuras. Las vibraciones pueden ser producidas por múltiples agentes externos y pueden ser estudiadas en diferentes contextos como: vibraciones inducidas por carga viva (personas en puentes peatonales, pisos con tráfico de personas caminando, suelos donde se desarrollan actividades deportivas, etc.), vibraciones inducidas por maquinaria (en edificios, torres, puentes colgantes y atirantados, etc.) y vibraciones inducidas por el tráfico y actividad de construcción (en carreteras, ferrocarriles, trabajos de construcción, etc.) [1]. Se pretende estudiar la dinámica vibracional de un sistema estructural de dos grados de libertad, bajo la acción de fuerzas externas variables en el tiempo, escalonada y de pulso, determinando la respuesta de la estructura (desplazamiento, velocidad y aceleración) debido a una acción externa. El sistema dinámico de ecuaciones diferenciales acopladas se resolverá numéricamente mediante el Software Mathematica para su posterior análisis de respuesta dinámica de la estructura y se contrastarán con la simulación realizada en el software de elementos finitos ETABS para el análisis complementario y correcto dimensionamiento de la estructura. Con todo lo anterior, el análisis dinámico de estructuras civiles se convierte en una pieza importante en el diseño y construcción, ya que puede brindar una orientación sobre la validación de un modelo matemático y adicionalmente plantea los tipos de pruebas repetitivas que a lo largo del tiempo pueden indicar la aparición de posibles daños durante la vida útil de las estructuras.
El análisis vibracional en ingeniería civil es fundamental para comprender el comportamiento de las estructuras. Las vibraciones pueden ser producidas por múltiples agentes externos y pueden ser estudiadas en diferentes contextos como: vibraciones inducidas por carga viva (personas en puentes peatonales, pisos con tráfico de personas caminando, suelos donde se desarrollan actividades deportivas, etc.), vibraciones inducidas por maquinaria (en edificios, torres, puentes colgantes y atirantados, etc.) y vibraciones inducidas por el tráfico y actividad de construcción (en carreteras, ferrocarriles, trabajos de construcción, etc.) [1]. Se pretende estudiar la dinámica vibracional de un sistema estructural de dos grados de libertad, bajo la acción de fuerzas externas variables en el tiempo, escalonada y de pulso, determinando la respuesta de la estructura (desplazamiento, velocidad y aceleración) debido a una acción externa. El sistema dinámico de ecuaciones diferenciales acopladas se resolverá numéricamente mediante el Software Mathematica para su posterior análisis de respuesta dinámica de la estructura y se contrastarán con la simulación realizada en el software de elementos finitos ETABS para el análisis complementario y correcto dimensionamiento de la estructura. Con todo lo anterior, el análisis dinámico de estructuras civiles se convierte en una pieza importante en el diseño y construcción, ya que puede brindar una orientación sobre la validación de un modelo matemático y adicionalmente plantea los tipos de pruebas repetitivas que a lo largo del tiempo pueden indicar la aparición de posibles daños durante la vida útil de las estructuras.
Abstract
Idioma
Palabras clave
Vibrational analysis, Structural dynamics, Finite elements, External excitations, Mechanical vibrations, Natural frequency, Simple harmonic motion, Análisis vibracional, Dinámica estructural, Elementos finitos, Excitaciones externas, Vibraciones mecánicas, Frecuencia natural, Movimiento armónico simple
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