Dynamisk personlast og stokastisk lastmodellering til estimering af dynamisk respons
Oversat titel
Dynamic human loading and stochastic modelling of loads for estimating dynamic response
Forfattere
Johnsen, Kristian ; Albers, Alexander
Semester
4. semester
Uddannelse
Udgivelsesår
2024
Afleveret
2024-06-06
Antal sider
158
Resumé
Moderne gangbroer bygges ofte lettere og mere slanke for at spare materialer, men det kan gøre dem mere følsomme over for vibrationer, når folk går over dem. Vibrationerne kan blive store, hvis broens naturlige frekvens (egenfrekvens) ligger tæt på gangrytmen, så der opstår resonans. Nuværende standarder antager ofte, at alle går ens (deterministisk): samme gangfrekvens, skridtlængde og kropsvægt. Det er ikke realistisk. Dette speciale modellerer derfor gangparametre som tilfældige (stokastiske) størrelser for at få en mere virkelighedsnær lastmodel og bedre forudsigelser af broens bevægelser. Først gennemgås forsøg og litteratur om fodgængerkræfter. På den baggrund udvikles stokastiske lastmodeller, der medtager forskellige gangparametre. Broens dynamiske respons beregnes med modal analyse (en standardmetode til at beskrive svingningsformer og -frekvenser). Resultaterne præsenteres som kumulative fordelingsfunktioner for maksimal acceleration – sandsynlighedskurver, der viser chancen for at overskride en given grænse for komfort. Den stokastiske tilgang sammenlignes med deterministiske metoder fra gældende standarder på to bro-modeller: én hypotetisk og én baseret på en virkelig bro i Montenegro. Undersøgelsen udvides ved at medtage flere svingningsformer (modale former) og flere harmoniske komponenter i gangbelastningen for at få mere detaljerede, probabilistiske estimater. Der indføres også en multi-harmonisk lastmodel, som afspejler små variationer fra skridt til skridt hos den enkelte fodgænger. Samlet set viser resultaterne, at behovet for modeldetaljer afhænger af den konkrete bro. For de undersøgte broer var relativt simple stokastiske modeller tilstrækkelige. Endelig belyses menneske–struktur-interaktion ved at koble fodgænger og bro som et system med masse, stivhed og dæmpning. Resultaterne tyder på, at det kan være relevant at medtage denne interaktion i fremtidige studier af, hvordan broer reagerer dynamisk på fodgængerbelastninger.
Modern footbridges are often built lighter and more slender to save materials, which can make them more sensitive to vibrations when people walk across them. Vibrations can become large when a bridge’s natural frequency is close to the stepping frequency, causing resonance. Current standards often assume everyone walks the same way (deterministic): identical step frequency, step length, and body weight. That is not realistic. This thesis therefore treats walking parameters as random (stochastic) variables to create more realistic load models and better predictions of bridge motion. The authors first review experiments and literature on pedestrian-induced forces. Based on this, they develop stochastic load models that include varied walking parameters. The bridge’s dynamic response is computed using modal analysis (a standard method for describing vibration shapes and frequencies). Results are presented as cumulative distribution functions of the maximum acceleration—probability curves that show the chance of exceeding a given comfort limit. The stochastic approach is compared with deterministic methods from current standards on two bridge models: one hypothetical and one based on a real footbridge in Montenegro. The study is extended by including more vibration modes and more harmonic components in the walking load to obtain more detailed probabilistic estimates. A multi-harmonic load model is also introduced to capture small step-to-step variations in each pedestrian’s gait. Overall, the findings show that the level of model detail needed depends on the specific bridge. For the bridges examined here, relatively simple stochastic models were sufficient. Finally, the thesis explores human–structure interaction by coupling the pedestrian and bridge as a system with mass, stiffness, and damping. The results suggest that including this interaction can be relevant in future studies of how bridges respond dynamically to pedestrian loads.
[Dette resumé er omskrevet med hjælp fra AI baseret på projektets originale resumé]
Emneord