[en] This work aims to study the motion of tower cranes subjected to turbulent wind. Tower
cranes are structures composed of a rigid mast and a rotating jig. The jig may exhibit autorotations that could lead to partial or total collapse of the structure. The crane is modeled by a single degree-of-freedom oscillator assuming a perfectly rigid jig rotating around a fixed point representing the jig-mast connection. In case of a unidirectional and spatially uniform velocity field, the problem presents strong similarities with a vertically excited pendulum. Three
models are developed. The first one focuses on the behavior of the jig under some simplified
assumptions, as a unidirectional and spatially uniform velocity field. This model aims to understand the behavior of the crane with a limited number of parameters. Depending on the
shape of the velocity field, the response of the structure is characterized by the variance of the
angular position and velocity, the percentage of autorotations, etc. In case of a deterministic
and periodic wind velocity, the stability of the jig is represented in the amplitude-frequency
parameter space and instability lobes can be highlighted for characteristic frequencies of the
sollicitation. The intermediate and complete models raise the assumptions of the first model
and define a realistic wind field characterized by its power spectral density. The stochastic
process is studied thanks to Monte Carlo simulations. [fr] Ce travail a pour objectif d'étudier le comportement des grues placées en girouette dans un champ de vitesse de vent. L'autorotation des grues est un phénomène particulier susceptible d'entraîner la ruine partielle ou totale de la structure. La grue est idéalisée par un système à un degré de liberté en considérant une flèche parfaitement rigide pivotant autour d'un point fixe représentant la connexion flèche-mâture. Dans le cas particulier où la structure se situe dans un champ de vitesse unidirectionnel et constant dans l'espace, le problème présente une forte analogie avec un pendule excité verticalement par son support. Un premier modèle étudie le comportement de la flèche sous certaines hypothèses simplificatrices telles que la prise en compte d'un champ de vitesse unidirectionnel et uniforme dans l'espace. Ce modèle vise à appréhender le comportement de la grue en limitant la complexité et en favorisant l'analogie avec le pendule. Selon la formulation du champ de vitesse choisi, la réponse de la structure est caractérisée par la variance de la position et de la vitesse angulaires, le pourcentage d'autorotations, etc. En particulier, lorsque le champ de vitesse varie périodiquement au cours du temps, l'étude de la stabilité de la grue dans l'espace paramétrique composé de l'amplitude et de la fréquence d'oscillation de la vitesse présente des lobes d'instabilités pour certaines valeurs de la fréquence de sollicitation. Les modèles intermédiaire et complet permettent la levée des hypothèses simplificatrices et la prise en compte d'un champ de vent réaliste caractérisé par sa densité spectrale de puissance. L'analyse stochastique est alors réalisée par simulations de Monte-Carlo.
Disciplines :
Civil engineering
Author, co-author :
Vanvinckenroye, Hélène ; Université de Liège - ULiège > Département ArGEnCo > Analyse sous actions aléatoires en génie civil
Language :
French
Title :
Étude du mouvement autorotatif des grues sous vent turbulent
Defense date :
23 June 2014
Number of pages :
114
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Grade de master en ingénieur civil des constructions, à finalité approfondie
Promotor :
Denoël, Vincent ; Université de Liège - ULiège > Urban and Environmental Engineering
