National Transport Library Research Database

GC-broar – Löparlaster, interaktionseffekter och vibrationshämmande åtgärder (Footbridge dynamics – Running loads, interaction)

  • Karoumi, Raid
  • Kungliga tekniska högskolan, Universitet eller högskola, 202100-3054
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2018-09-01 -- 2021-08-31 Registration number:
  • Trafikverket 2018/48062
Subject(s): Abstract: Gångbroars dynamiska beteende kan vara ganska svår att förutsäga. På grund av estetiska skäl och en ökad efterfrågan på kostnadseffektiva och miljövänliga konstruktioner är merparten av de gångbroar som konstrueras idag förhållandevis lätta och slanka. Dynamiska problem med sådana broar har resulterat i många rapporter om så kallade livliga broar. Dessa broar uppfyller oftast inte vibrationskraven med avseende på gränserna för komfort. Flera rapporter om livliga gångbroar har också skett i Sverige, varav tre har tidigare studerats av KTH. Brister i nuvarande beräkningsmetoder har identifierats. För det första kan olika typer av människa-bro-interaktion (HSI, av engelskans Human-Structure Interaction) ha en betydande inverkan på responsen hos vissa broar. Exempel på en HSI-effekt är att brons modala egenskaper förändras när människor befinner sig på bron; i huvudsak sker en ökning av brons dämpning. Om denna effekt inte tas i beaktande föreligger stor risk att överskatta förväntade accelerationsnivåer. För det andra är kraften från en löpare större än kraften från en gående person vilket gör att en ensam löpare på en gångbro kan ge upphov till accelerationsnivåer som överskrider gränsvärdena för komfort. Löpande personer är därför ett mycket relevant lastfall. Befintliga normer uttrycker inte explicit att någon av dessa aspekter bör tas i beaktande. Projektet syftar till att bidra till ökad förståelse av det dynamiska beteendet hos gångbroar genom att utveckla en beräkningsmodell som beaktar laster från löpare. Känsliga gångbroar kan utrustas med vibrationsreducerande anordningar av något slag. Därför syftar detta projekt också till att utvärdera prestanda hos viskösa dämpare. Det vetenskapliga bidraget från detta projekt kommer att leda till viktiga förbättringar i utformningen av nya gångbroarAbstract: The dynamic performance of footbridges can be quite difficult to predict for engineers who lack a deeper education in structural dynamics and modern simulation technologies. This has resulted in numerous reports of so-called lively footbridges, essentially all over the world. These bridges do not fulfill the vibration design requirements with respect to the serviceability limit state. Several reports of lively footbridges have occurred also in Sweden, three of which have been studied by KTH. There are three main reasons for this problem within the Swedish bridge community: 1. Structural dynamics is not prioritized among bridge engineers and bridge owners in general, i.e. budgets are not adjusted to include a state-of-the-art dynamic analysis. Instead, oversimplified models from handbooks and old design codes are often used. 2. Many footbridges are designed with aesthetic values that tend to complicate the structural system, thus rendering the dynamic analysis slightly more complex. However, in our experience, this does not result in unsolvable theoretical problems. On the contrary, experienced analysts are certainly able to handle this increased level of complexity. 3. The design guidelines are not yet fully developed. This project aims at contributing to the general understanding of the dynamic behavior of footbridges by developing a running load model, applicable within the frameworks of existing guidelines. The guidelines of today do not consider running loads at all. Some design guidelines even suggest that runners can be ignored. However, it has been reported that two, fairly new footbridges in the Stockholm-region produce excessive vibrations, especially during running loads. In both these cases, a single running person causes vibrations that violate the code requirements. Measurement Campaigns on these bridges clearly show that their dynamic responses grossly exceed the design code requirements. Such bridges should be equipped with vibration reduction devices of some kind. Therefore, this project also aims at evaluating the performance of fluid viscous dampers for this purpose. Such dampers have the advantage over tuned mass dampers, which are often used for this purpose, that they are insensitive to the vibrating frequencies of the structure. Therefore, fluid viscous dampers require less monitoring and maintenance while at the same time, they provide robustness against natural variations in the dynamic properties of the structures caused by the interaction between the pedestrians and the structural system, daily and annual variation in temperature, deterioration of bridge components etc. Altogether, the scientific contribution of this project will lead to a prolonged use of existing footbridges and important improvements in the design of new footbridges.
Item type: