Experimental monitoring and numerical modeling about the response structural dynamics of footbridges

Autor: Debona, Gilvan Lunz
Přispěvatelé: Silva, José Guilherme Santos da, Soeiro, Francisco José da Cunha Pires, Burgos, Rodrigo Bird, Silva, Raul Rosas e, Carvalho, Eliane Maria Lopes, Varela, Wendell Diniz
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
Popis: Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T14:45:03Z No. of bitstreams: 1 Gilvan Lunz Debona.pdf: 13768610 bytes, checksum: fdb1e3aa60872ba9be54b847f1fe1bd6 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T14:45:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gilvan Lunz Debona.pdf: 13768610 bytes, checksum: fdb1e3aa60872ba9be54b847f1fe1bd6 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The study of the dynamic behavior of pedestrian footbridges on the part of civil engineers is not considered like a regular procedure in structural design offices, especially with regard to attend the serviceability limit states (human comfort). However, these structural models need to present an appropriate dynamic behavior, free of the risks inherent to the presence of excessive vibration or human discomfort. Thus, aiming to contribute to the study of this research topic, the main objective of this work concerns to the experimental monitoring and numerical modelling of the structural dynamic response of pedestrian footbridges, based on the consideration of the pedestrian-structure dynamic interaction. This way, the investigated structural model is associated with a reinforced concrete pedestrian footbridge located in the Faculty of Engineering (FEN) on the campus of the State University of Rio de Janeiro (UERJ). The structural system is simply supported with a 24.4 m span, currently used for pedestrian crossing. Initially, the modal analysis of the footbridge was conducted based on the dynamic experimental monitoring through the use of accelerometers on the structure and pedestrians, considering a device used for data acquisition via laser vibrometry (PDV-100: Portable Digital Vibrometer) and also considering another system for the measurement of vibrations (Shaker). With respect to the free vibration tests two techniques were applied: SIMO (Single Input Multiple Output) and SISO (Single Input Single Output). Regarding the SIMO technique, an excitation force is applied on the structure (input) and the structural dynamic response (output) is obtained simultaneously in several points of the model. With regard to the SISO technique, the force is applied on the structure and the dynamic response is obtained individually at each point of the system, considering the variation in the position of the excitation force (input) and the sensor measurement (output). With reference to the forced vibration tests the dynamic loads coming from the pedestrians were used, considering two types of excitations: the first is intended to excite the footbridge based on the control of the pedestrian step and the human body movement, using a metronome and accelerometers installed on the structural model and pedestrians; the second is related to the random walk of the people on the structural system, such as commonly occurs during the service life of the structure. Finally, a finite element model was developed, incorporating the effect of the pedestrian-structure dynamic interaction, based on the use of biodynamic models representative of the pedestrians. This numerical model was used for the calibration of the results obtained based on the footbridge experimental monitoring. Then, the structural dynamic response of the structural model was evaluated and human comfort levels were compared to several criteria established in the standards and design recommendations. O estudo do comportamento dinâmico de passarelas de pedestres por parte dos engenheiros civis não é considerado um procedimento regular nos escritórios de projeto de estruturas, especialmente no que diz respeito ao atendimento dos estados limite de utilização (conforto humano). Contudo, estes modelos estruturais devem apresentar um comportamento dinâmico apropriado, livres dos riscos inerentes à presença de vibrações excessivas ou de desconforto humano. Deste modo, objetivando contribuir para o estudo deste tema de pesquisa, o objetivo principal deste trabalho diz respeito à monitoração experimental e modelagem numérica da resposta estrutural dinâmica de passarelas de pedestres, com base na consideração do efeito da interação dinâmica pedestre-estrutura. Para tal, o modelo estrutural investigado neste trabalho de pesquisa é associado a uma passarela de pedestres de concreto armado localizada na Faculdade de Engenharia (FEN) no campus da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). O sistema estrutural é do tipo simplesmente apoiado com vão de 24,4 m, utilizado correntemente para a travessia de pedestres. Inicialmente, a análise modal da passarela foi conduzida a partir do desenvolvimento de monitoração experimental dinâmica, mediante o emprego de acelerômetros instalados sobre a estrutura e pedestres, com base no uso de um dispositivo para aquisição de dados, via vibrometria a laser (PDV-100: Portable Digital Vibrometer) e, ainda, a partir da utilização de outro sistema para a medição de vibrações (Shaker). No que tange aos ensaios de vibração livre foram utilizadas duas técnicas: SIMO (Single Input Multiple Output) e SISO (Single Input Single Output). Com relação à técnica SIMO, uma força de excitação é aplicada sobre um ponto da estrutura (entrada) e a resposta estrutural dinâmica (saída) é obtida simultaneamente em vários pontos do modelo. No que diz respeito à técnica SISO, a força é aplicada sobre a estrutura e a resposta dinâmica é obtida, individualmente, em cada ponto do sistema, considerando-se a variação da posição de aplicação da força de excitação (entrada) quanto do sensor de medição (saída). Com referência aos testes de vibração forçada foram utilizadas as cargas dinâmicas oriundas dos pedestres, considerando-se dois tipos de excitações: a primeira destina-se a excitar a passarela com base no controle dos passos dos pedestres e do movimento do corpo humano, utilizando-se um metrônomo e acelerômetros instalados sobre o modelo estrutural e nos pedestres; a segunda relaciona-se com a caminhada aleatória das pessoas sobre o sistema estrutural, tal como ocorre correntemente durante a vida útil da estrutura. Finalmente, um modelo em elementos finitos foi desenvolvido, incorporando o efeito da interação dinâmica pedestre-estrutura, com base no emprego de modelos biodinâmicos representativos dos pedestres. Este modelo numérico foi empregado para a calibração dos resultados obtidos via monitoração experimental da passarela. Em seguida, a resposta estrutural dinâmica do modelo estrutural foi avaliada e os níveis de conforto humano foram comparados com inúmeros critérios estabelecidos em normas e recomendações de projeto.
Databáze: OpenAIRE
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