- Tytuł:
-
Dynamic response of the Stuttgart TV Tower measured by classical instruments and GPS technology
Pomiary odpowiedzi dynamicznej wieży telewizyjnej w Stuttgarcie za pomocą klasycznych przyrządów pomiarowych i technologią GPS - Autorzy:
-
Breuer, Peter
Chmielewski, Tadeusz
Górski, Piotr - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/1853630.pdf
- Data publikacji:
- 2021
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
wieża telewizyjna
Stuttgart
pomiar GPS
odpowiedź dynamiczna
odpowiedź spowodowana wiatrem
częstotliwości drgań własnych
liczba tłumienia drgań
television tower
GPS measurement
wind-induced response
dynamic response
natural frequency
damping ratio - Opis:
-
This paper compares the measurement results of dynamic characteristics, including natural frequencies, damping ratio, and wind-induced responses of the Stuttgart TV Tower (TV Tower), obtained by Lenk in 1959 using classical instruments with those obtained by the authors a few decades later using Global Positioning System (GPS). The objective of this paper was to monitor the response of the TV Tower under wind loading, which is an important tool for the validation of its design, construction, and structural health. During the authors’ GPS measurements, weak and moderate wind speeds occurred most of the time. Only in 2007, the stronger wind observed (90 < V < 100 km/h) at the head of the TV Tower (H=157 m), which caused displacements in the decimetre range. Further measurements in 2011 were carried out, using additional GPS receivers with a higher data rate. The results achieved by the GPS prove that the cross-wind response was larger than the along-wind component for all ranges of wind speed, which occurred during the measurement periods, i.e. from 2002 to 2015. The authors of this paper extended Lenk’s results, by the static and along-wind components, confirmed the first natural frequency, and damping ratio, evaluated by the Random Decrement technique. Mounting a GPS receiver, on the steel antenna mast tip, enabled detection of the second natural frequency fs2 = 0.800 Hz, which is the frequency of the mode shape of the TV Tower steel antenna mast. Lenk did not measure this frequency.
Wieża telewizyjna w Stuttgarcie została oddana do użytkowania w dniu 5 lutego 1956 roku. Konstrukcja wieży składa się z dwóch części: (a) trzonu żelbetowego z głowicą o wysokości 161 m i (b) stalowego masztu antenowego o wysokości 56 m. Całkowita wysokość wieży to 217 m. Średnica zewnętrzna trzonu żelbetonowego wynosi 10,8 m u podstawy trzonu i 5,04 m w górnej części trzonu (poniżej głowicy trzonu). Grubość ściany trzonu zmienia się od 60 cm do 19 cm. W latach 1953-1954 Leonhard zaproponował koncepcję i projekt wieży telewizyjnej. Biuro projektowe Pieckert zaprojektowało system konstrukcyjny. Koncepcję wieży telewizyjnej, jej układ konstrukcyjny, wszystkie założenia do obliczeń statycznych, oszacowanie nakładów finansowych i pierwsze pomiary osiadań fundamentów podane zostały w jednej z prac Leonhardta. W tej pracy zasugerowano także potrzebę pomiaru odpowiedzi wieży telewizyjnej na działanie wiatru. Jako pierwszy dokonał tego Lenk w 1959 roku. W latach 1977 i 1995 stwierdzono pionowe pęknięcia w żelbetowym trzonie wieży, które następnie zostały naprawione. Przyczyny tych pęknięć wyjaśniono jako konsekwencje promieniowania słonecznego i dobowych zmian temperatury powietrza działających na trzon wieży telewizyjnej, wywołujących deformacje płaszcza trzonu. Naprężenia termiczne spowodowały zmienną w czasie „owalizację” trzonu wieży, która z biegiem lat doprowadziła do zmęczenia materiału, czego skutkiem były wyraźnie widoczne podłużne pęknięcia po przeciwnych stronach trzonu wieży telewizyjnej. Autorom niniejszego artykułu nie są znane wcześniejsze pomiary charakterystyk dynamicznych wieży telewizyjnej związane z naprawą powstałych pęknięć. W związku z tym, w 1999 roku autorzy przeprowadzili pierwszą serię pomiarów przemieszczeń wierzchołka wieży telewizyjnej z zastosowaniem techniki satelitarnej GPS. Metodologia pomiarów była podobna do metodologii stosowanej przez innych badaczy. Na tej podstawie autorzy potwierdzili możliwość zastosowania systemu GPS do monitorowania przemieszczeń statycznych, quasi-statycznych i dynamicznych oraz do określania podstawowych charakterystyk dynamicznych (częstotliwości drgań własnych i współczynników tłumienia drgań) istniejących dużych konstrukcji w skali naturalnej. Autorzy cyklicznie monitorowali przedmiotową wieżę telewizyjną do roku 2015. Jednak pomimo podjętego wysiłku w celu zebrania dodatkowych danych pomiarowych, niestety w 2013 i 2015 r. nie było możliwości pomiaru przemieszczeń wieży telewizyjnej pod wpływem silnego wiatru. Niemniej jednak autorzy dokonali analizy danych pomiarowych zgromadzonych w latach 2002, 2005, 2006, 2007, 2008 i 2011, które obejmowały pomiary w zakresie prędkości wiatru od małej do dużej. W dniach 18-19 stycznia 2007 r. w pobliżu wieży zarejestrowano porywy wiatru o prędkości 26 m/s, co spowodowało jej przemieszczenia w zakresie decymetrów. - Źródło:
-
Archives of Civil Engineering; 2021, 67, 1; 7-38
1230-2945 - Pojawia się w:
- Archives of Civil Engineering
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł