Efeito da modelagem do carregamento, do impacto do calcanhar humano e do amortecimento estrutural na resposta dinâmica de passarelas mistas
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Data de Publicação: | 2007 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11533 |
Resumo: | The demands imposed by daring architectural projects produced pedestrian footbridges have been designed and constructed with light and large span structures. This fact have generated very slender structural footbridges and consequently changed the serviceability and ultimate limit states associated to their design. Another consequence of this design tendency is the considerable increase of vibration problems. In the particular case of footbridges this phenomenon happens when the structure fundamental frequency is the equal or even near of the pedestrians step frequency. Human activities as walking, running or jumping produces dynamic forces. In some cases these dynamic forces can produce excessive vibrations and disturb the pedestrians that are crossing the footbridge. As the primary purpose of the footbridges is the pedestrian, they need to be safe and to present a behavior that doesn't offer discomfort to the users. This investigation was developed to evaluate the influence of the loading modelling, related to the pedestrians, human heel impact effect and structural damping on the composite footbridge dynamic response. The analysis was carried out based on a more realistic loading model developed to incorporate the transient impact of the human heel due to walking. In this loading model, the movement of legs that cause an ascent and descent of the effective mass of the human body at each step was considered and the position of the dynamical loading is changed according to the individual position and the generated time function, corresponding to the excitation induced by people walking, has a space and time description. The investigated structural model was based on several composite footbridges in use. The footbridge dynamical response was obtained, based on the peak accelerations, and compared with results supplied by design standard objectifying human comfort evaluations. Based on the results reached in this work it was possible to demonstrate the importance of the investigated parameters (dynamical load modelling, human heel effect and structural damping) and how these elements substantially influence on the evaluation of the footbridges dynamical response. The results clearly indicated that structural designers should be aware of some distortions caused by disregarding the dynamical effects on this type of structure. The maximum acceleration values violate the human comfort serviceability conditions when compared to limit acceleration targets present in several references and design codes. Hence it was detected that this type of structure can reach high vibration levels, compromising the footbridge user s comfort and especially its safety. |
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Dissertação (Mestrado em Estruturas; Geotecnia; Construção Civil) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2007.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11533The demands imposed by daring architectural projects produced pedestrian footbridges have been designed and constructed with light and large span structures. This fact have generated very slender structural footbridges and consequently changed the serviceability and ultimate limit states associated to their design. Another consequence of this design tendency is the considerable increase of vibration problems. In the particular case of footbridges this phenomenon happens when the structure fundamental frequency is the equal or even near of the pedestrians step frequency. Human activities as walking, running or jumping produces dynamic forces. In some cases these dynamic forces can produce excessive vibrations and disturb the pedestrians that are crossing the footbridge. As the primary purpose of the footbridges is the pedestrian, they need to be safe and to present a behavior that doesn't offer discomfort to the users. This investigation was developed to evaluate the influence of the loading modelling, related to the pedestrians, human heel impact effect and structural damping on the composite footbridge dynamic response. The analysis was carried out based on a more realistic loading model developed to incorporate the transient impact of the human heel due to walking. In this loading model, the movement of legs that cause an ascent and descent of the effective mass of the human body at each step was considered and the position of the dynamical loading is changed according to the individual position and the generated time function, corresponding to the excitation induced by people walking, has a space and time description. The investigated structural model was based on several composite footbridges in use. The footbridge dynamical response was obtained, based on the peak accelerations, and compared with results supplied by design standard objectifying human comfort evaluations. Based on the results reached in this work it was possible to demonstrate the importance of the investigated parameters (dynamical load modelling, human heel effect and structural damping) and how these elements substantially influence on the evaluation of the footbridges dynamical response. The results clearly indicated that structural designers should be aware of some distortions caused by disregarding the dynamical effects on this type of structure. The maximum acceleration values violate the human comfort serviceability conditions when compared to limit acceleration targets present in several references and design codes. Hence it was detected that this type of structure can reach high vibration levels, compromising the footbridge user s comfort and especially its safety.Considerando-se as exigências impostas por projetos arquitetônicos cada vez mais arrojados as passarelas de pedestres têm sido comumente projetadas cada vez mais leves e com grandes vão livres. Este procedimento tem gerado sistemas estruturais bastante esbeltos e os estados limites últimos e de utilização que norteiam o dimensionamento tem sido modificados. Uma outra conseqüência desta tendência de projeto diz respeito a um aumento considerável dos problemas referentes à vibração. No caso particular de passarelas, este fenômeno ocorre quando a freqüência fundamental da estrutura é igual ou se aproxima da freqüência do passo do pedestre. Atividades como caminhar, correr ou pular produzem excitações dinâmicas. Essas forças dinâmicas, em determinados casos, podem vir a produzir níveis de vibração elevados e, por conseguinte, perturbar ou até mesmo alarmar as pessoas que estiverem utilizando a estrutura. Como o propósito primário das passarelas é o transporte de pedestres, as mesmas precisam estar seguras e apresentar um comportamento que não ofereça desconforto aos usuários. Tendo em mente todos esses aspectos, o desenvolvimento desta dissertação tem como objetivos o estudo da influência da modelagem do carregamento dinâmico, proveniente dos pedestres, impacto do calcanhar humano e, bem como, do amortecimento estrutural sobre a resposta dinâmica de passarelas mistas (aço-concreto). Para tal, um modelo mais realista que incorpora as ações dinâmicas induzidas pelos pedestres, de modo a considerar o impacto transiente do calcanhar dos mesmos será objeto de estudo na presente investigação. Neste modelo de carregamento, o movimento de pernas que causa a subida e descida da massa efetiva do corpo em cada passo foi considerado e a posição do carregamento dinâmico foi alterada de acordo com a posição do individuo, assim a função de tempo, correspondente a excitação induzida pela caminhada, teve uma variação espacial e temporal.O modelo estrutural utilizado baseia-se no projeto de diversas passarelas mistas (aço-concreto). A resposta dinâmica das passarelas, em termos das acelerações verticais de pico e rms (root mean square), é obtida e comparada com os valores limites propostos por normas de projeto, objetivando a verificação do conforto humano. Com base nos resultados alcançados nesta dissertação foi possível demonstrar a importância dos parâmetros investigados (modelagem da carga dinâmica, efeito do calcanhar humano e amortecimento estrutural) e como estes influenciam substancialmente na avaliação da resposta dinâmica das passarelas. Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam, claramente, que os projetistas estruturais devem ser alertados para distorções importantes que ocorrem quando os efeitos dinâmicos são desprezados na análise deste tipo de estrutura. Os valores máximos de acelerações encontrados violam os critérios de conforto humano quando comparados com aqueles previstos em diversas recomendações de projeto. Portanto, verifica-se que as passarelas de pedestres podem atingir níveis de vibração elevados os quais podem comprometer o conforto humano e a segurança dos usuários da obra.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:01:01Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoNelson LuizFinal.pdf: 6006266 bytes, checksum: 1aa89f8ce92c2f3946bfbcf5db2fd5c4 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-06T19:01:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoNelson LuizFinal.pdf: 6006266 bytes, checksum: 1aa89f8ce92c2f3946bfbcf5db2fd5c4 (MD5) Previous issue date: 2007-03-01application/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia CivilUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaVibrationFootbridgesDynamic analysisSteel and composite structuresHuman comfortHuman heel impactStructural dampingComputational modelingVibraçõesPassarelasAnálise dinâmicaEstruturas de aço e mistasConforto humanoImpacto do calcanhar humanoAmortecimento estruturalModelagem computacionalPontes - VibraçãoPedestresEngenharia civilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVILEfeito da modelagem do carregamento, do impacto do calcanhar humano e do amortecimento estrutural na resposta dinâmica de passarelas mistasModeling the effect of loading, the impact of Calcanhar Human and Damping Structural Dynamics in Response to Passarelas Mixedinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertacaoNelson LuizFinal.pdfapplication/pdf6006266http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/11533/1/DissertacaoNelson+LuizFinal.pdf1aa89f8ce92c2f3946bfbcf5db2fd5c4MD511/115332024-02-27 14:52:27.608oai:www.bdtd.uerj.br:1/11533Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T17:52:27Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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