Estimación de parámetros modales de estructuras sometidas a excitaciones ambientales

Abstract

La observación de estructuras sometidas a excitaciones ambientalesexperimentó un importante crecimiento en la última década debido al avancetecnológico en los sistemas de medición. La idea básica consiste en evaluar elestado en el cual una estructura se encuentra sin interrumpir su normalfuncionamiento, a partir de la medición de su respuesta para verificar suspropiedades dinámicas, detectar daño o programar su mantenimiento. En el casode estructuras de grandes dimensiones, como puentes, edificios altos, diques oestructuras fuera de costa, el ruido ambiental, por ejemplo viento o tráfico devehículos, usualmente constituye la única excitación técnica o económicamenteviable. En este trabajo se presenta una rápida revisión de métodos deidentificación de sistemas, dando particular atención a los métodos denomina-dos estocásticos, en los cuales sólo se necesita conocer la respuesta. Acontinuación se describe un método para identificar las características dinámicasde estructuras sometidas a vibraciones ambientales, el cual permite la deter-minación de las frecuencias y amortiguamientos del sistema. La eficacia del mé-todo es examinada por medio de ejemplos teóricos y experimentales,comparándose sus resultados con el esquema denominado SSI-COV en la litera-tura especializada.

Structural monitoring under ambient vibrations has been a subject of growing interestin recent years, due to the impressive progress experienced by transducers and recordingequipment. The final objective of monitoring is to evaluate the state of the structure,without interrupting its normal operation, from vibration measurements. In general,in civil engineering structures such as bridges, tall buildings, dams or off-shore structures,the excitation will most likely be natural excitation from wind, traffic or seismic soilmotions. In those cases, so-called stochastic system identification methods are commonlyused to estimate the modal parameters. One such output only method to identify thedynamic characteristics of structures characterized by arbitrary damping and subjectedto ambient excitation is described in this paper. This approach allows obtaining the na-tural frequencies and damping from the spectral power densities of the modalaccelerations. The method is illustrated by three examples (a) a theoretical plane frameof a building, (b) a 1:50 scale aluminium storey building model tested on a vibration tableand (c) a simply supported reinforced concrete beam also tested under laboratoryconditions. The results were considered satisfactory in all cases, suggesting the it hasconsiderable potential in damage identification.