Studio numerico e sperimentale della risposta dinamica di una passerella pedonale

Nowadays aestheticism has become a quite important issue in designing new structures. Engineers usually prefer light and slender structures which are made possible by the use of materials whose capacity is carried up to their limit. Because of this slenderness, civil structures are characterized by high flexibility and consequent high vibrational levels. Important structures which have been deeply studied and are still an interesting subject are pedestrian footbridges, which have been considered in this work. Footbridges are designed today having long-spans and respecting recent aesthetic canons. As a consequence, natural frequencies of the structure get closer to the values of the ones characterizing dynamic loadings. In same case it can be observed that while pedestrians move along the footbridge, their pacing frequency, being closer to the natural ones of the structure, can cause resonance of the structure. This behaviour leads to high vibrational levels which must be taken into account in design; static considerations are no more sufficient and dynamic behaviour must be considered specially to satisfy the structure serviceability and to develop a performance based design. In this work of thesis an existing footbridge, located in Cerro al Lambro (MI), has been considered. In the first part of the work a numerical model developed with Ansys Mechanical APDL has been refined in order to reproduce the dynamic behaviour of the structure. Secondly the vibrational levels have been studied both numerically and experimentally to evaluate the comfort level guaranteed. In the second part, HiVoSS guideline has been used to predict vibrations in terms of accelerations. Then, acceleration signals obtained through an experimental campaign have been analysed. Finally, a few experimental acceleration data have been compared to the ones obtained with a numerical approach with a research code written in Fortran and named INTER2.0.

Nell’epoca moderna i requisiti estetici sono diventati un vincolo sempre più rilevante per la progettazione di opere civili. La ricerca di una certa leggerezza strutturale, accompagnata dalla possibilità di spingersi al limite delle capacità dei materiali che hanno ultimamente visto un forte sviluppo, ha indotto la nascita di opere piuttosto snelle e caratterizzate da una grande flessibilità. Questo aspetto è molto significativo per le passerelle pedonali, spesso progettate per coprire luci elevate. La notevole flessibilità, data dalla diminuzione di rigidezza e massa strutturale, porta le strutture ad essere influenzate dai carichi dinamici che le sollecitano. Per i ponti pedonali il fenomeno è dovuto all’avvicinamento delle frequenze proprie della struttura a quelle della forzante indotta dalle attività umane, che può portare la struttura a rispondere in risonanza. Ad oggi pertanto la progettazione delle passerelle pedonali non si esaurisce con approcci di natura statica. Risulta infatti necessario porre attenzione anche al loro comportamento dinamico, seguendo gli approcci basati sulle performance strutturali e quindi sul comfort da parte dell’utente che ne fruisce. In questo elaborato si è analizzato il comportamento dinamico di una passerella ciclo-pedonale localizzata nel comune di Cerro al Lambro (MI). Lo studio, dopo un’operazione di model updating su un modello ad elementi finiti implementato con Ansys Mechanical APDL e precedentemente sviluppato, è stato effettuato in termini sia predittivi sia sperimentali. Per il primo aspetto si sono applicate le linee guida europee HiVoSS, che hanno permesso di valutare il comfort della struttura attraverso la modellazione del carico da traffico con un carico armonico. Per il secondo aspetto, una campagna sperimentale svolta nel mese di Luglio 2017 ha permesso di individuare le accelerazioni massime al passaggio di opportune configurazioni di pedoni, variabili nel numero e nella configurazione spaziale. Le accelerazioni ottenute sono state dapprima confrontate con i valori ottenuti con le HiVoSS e successivamente utilizzate per un ulteriore confronto con accelerazioni numeriche ottenute dal codice di calcolo numerico INTER2.0.