< Terug naar vorige pagina

Project

Numerieke en experimentele studie van de dynamische interactie tussen bouwkundige constructies en groepen van personen.

Voor slanke en lichte structuren is de gevoeligheid voor trillingen, en het daaraan verbonden trillingscomfort, van toenemend belang en vaak bepalend voor het ontwerp. Gedurende het voorbije decennium is hieruit een speciale interesse ontstaan voor structuren onderworpen aan menselijke excitatie, dit in het bijzonder voor voetgangersbruggen waarbij het ontwerp slechts onderhevig is aan een beperkt aantal functionele en structurele eisen. Op dit moment doen ontwerpers beroep op equivalente - en verondersteld conservatieve - belastingsmodellen, afgeleid van de belasting geïnduceerd door een enkele persoon. De bezorgdheid omtrent het trillingsgedrag van deze structuren wordt versterkt door de beperkte kennis van mens-structuur interactie (MSI) fenomenen. Met een structureel ontwerp dat gestuurd wordt door het dynamisch gedrag bij hoge voetgangersdichtheden, is de vraag naar verificatie en verfijning van de huidig beschikbare belastingsmodellen dan ook groot.

Dit werk behandelt daarom de experimentele identificatie en analytische modellering van de belasting geïnduceerd door grote groepen van personen, met een specifieke focus op de verticale component en de bijhorende interactiefenomenen. Gezien het domein waarin de problemen inzake trillingscomfort zich manifesteren, wordt de aandacht gevestigd op het laagfrequente dynamisch gedrag (<10 Hz) van de bouwkundige structuur en de voetgangers. Vooreerst worden de relevante dynamische eigenschappen van voetgangersbruggen en het menselijk lichaam experimenteel geïdentificeerd. Daarnaast is een methodologie ontwikkeld die, gebruik makend van een innovatieve 3D motion tracking technologie, het ambulante wandelgedrag van personen karakteriseert. Door vergelijking van de gemeten en de voorspelde respons van de structuur wordt aangetoond dat de informatie over de stapfrequenties alsook de synchronisatie tussen de voetgangers onderling, essentieel is voor de simulatie en verificatie van mens-geïnduceerde belastingen.

De mechanische interactie tussen de voetgangers en de structuur wordt bestudeerd op basis van een diepgaande parameterstudie. Hieruit blijkt dat de MSI-effecten voornamelijk worden bepaald door de eigenfrequentie van de structuur zelf en de verhouding van de massa van de menigte ten opzichte van die van de structuur. Het meest beduidende effect van MSI is de effectieve dempingsverhouding van het gekoppelde mens-structuur systeem dewelke veel groter is dan de inherente structurele demping. Ter verificatie van de numerieke bevindingen is een experimentele studie uitgevoerd op twee bestaande voetgangersbruggen. Hieruit blijkt dat het gekoppelde mens-structuur model in staat is om de experimenteel geïdentificeerde dynamische karakteristieken van het gekoppelde systeem te reproduceren.

Tenslotte wordt een numeriek model voorgesteld ter simulatie van de excitatie door voetgangers en rekening houdend met MSI. De impact van MSI op de structurele respons wordt geëvalueerd voor diverse voetgangersdichtheden en eigenschappen van de structuur. Er wordt aangetoond dat wanneer MSI in rekening gebracht wordt, dit veelal leidt tot een reductie in de structurele respons. Daarenboven wordt vastgesteld dat de onrealistisch hoge versnellingsniveaus, zoals voorspeld door de vereenvoudigde krachtenmodellen, niet bereikt worden ten gevolge van MSI. Deze studie toont aan dat de mechanische interactie met de voetgangers relevant is voor het laagfrequente dynamisch gedrag van voetgangersbruggen. De geassocieerde reductie is bovendien voldoende groot om in ontwerpberekeningen in rekening gebracht te worden. Indien dit niet gebeurt, kan dit leiden tot over-conservatieve ontwerpen.

 

Datum:19 apr 2010 →  19 mei 2015
Trefwoorden:Crowd-induced loading, Crowd-structure interaction, Inverse force-identification
Disciplines:Mechanica, Bouwkunde en constructietechnologie, Aardbevingsengineering, Geotechnische en omgevingsingenieurswetenschappen, Waterbouwkunde, Windtechnologie, Bouwkunde en gebouwentechnologie
Project type:PhD project