Yüksek hızlı tren geçişleri altındaki köprülerde rezonans titreşimlerinin ayarlı kütle sönümleyicilerle azaltılması

Abstract

Bu tez çalışmasında, yüksek hızlı tren geçişleri altındaki demiryolu köprülerinin rezonans titreşimlerinin azaltılmasında paralel ve seri bağlı ayarlı kütle sönümleyicilerin kontrol performansları araştırılmıştır. Çalışmada bir ve iki açıklıklı köprüler için analitik çözümler yapılmıştır. Sunulan tez çalışması başlıca üç bölümden oluşmaktadır: Birinci bölümde, konuyla ilgili literatürde mevcut çalışmalar özetlendikten sonra, ayarlı kütle sönümleyiciler ve bunların matematik teorisi hakkında detaylı bilgiler verilmiştir. Ayrıca, hareketli yük katarı etkisindeki bir ve iki açıklığa sahip kirişlerin analitik çözümü için formülasyon verilmiştir. İkinci bölümde, önce yüksek hızlı tren etkisindeki bir ve iki açıklıklı köprülerin dinamik davranışı incelenmiş, ardından rezonans titreşimlerinin kontrolü için paralel ve seri bağlı ayarlı kütle sönümleyicilerin uygulanması verilmiştir. Yine bu bölümde ayarlı kütle sönümleyicilerin optimum tasarımı için MATLAB programında fmincon araç kutusunun kullanımı açıklanmış ve çeşitli örnekler verilmiştir. Ayrıca, paralel bağlı ayarlı kütle sönümleyiciler için basit ve hızlı olarak optimum değerlerin elde edilmesini sağlayan yeni bir tasarım yöntemi önerilmiş ve yöntemin uygulanabilirliği gösterilmiştir. Üçüncü bölümde, yapılan çalışmalardan çıkarılan sonuçlar ve gelecek çalışmalara ışık tutacağı ümit edilen öneriler sunulmaktadır. Çalışma sonucunda, yüksek hızlı tren etkisindeki köprülerde seri bağlı ayarlı kütle sönümleyicilerin etkili bir şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir. Ayrıca, paralel bağlı ayarlı kütle sönümleyiciler için önerilen yöntemin başarılı sonuçlar verdiği ve kısa ve orta açıklıklı köprülerde bu tip kontrol araçlarının tasarımı için kullanılabileceği görülmüştür. In this thesis, control performance of parallel and series tuned mass dampers are investigated for suppressing resonant vibrations of railway bridges under high-speed trains. Analytical solutions for single and two-span bridges are given. The present thesis consists of mainly three chapters: In the first chapter, the related literature on the topic is shortly presented, and then the detailed information about tuned mass dampers and their mathematical theory are given. In addition, the formulation for analytical solutions for single and two-span bridges under moving train loads is given. In the second chapter, dynamic behavior of single and two-span bridges under high-speed trains is first investigated. Then, parallel and series multiple tuned mass dampers are applied for vibration control of bridges. fmincon, MATLAB toolbox, is explained for optimum design of tuned mass dampers, and some examples are given. In addition, a novel and simple method for optimum design of parallel multiple tuned mass dampers is presented, and verified with using available solutions. In the third chapter, the results obtained from the studies and some recommendations on the future studies are presented. As a result of the study, it is demonstrated that series multiple tuned mass tuned mass dampers can be effectively used in vibration control of high-speed bridges. Furthermore, the new method proposed for optimum design of parallel multiple tuned mass dampers gives good results, and can be used for design of such type control devices in short and medium span railway bridges.