Analisi sperimentale e simulazione numerica delle vibrazioni indotte da pedoni in transito su una passerella pedonale

The increasingly refined aesthetic sense in the structures, in today's era has led to give more and more space in the design to the desire to obtain structural lightness, accompanied by the possibility of pushing to the limit the capacities of the materials, that have recently seen a strong development. This led to the creation of rather slender structures characterized by great flexibility, in particular in structural elements such as footbridges, often designed to cover high lights. The significant flexibility, given by the reduction in stiffness and structural mass, leads the structures to be influenced by dynamic loads. For footbridges, human activity generates the forcing that affects the structure, and a phenomenon that should be avoided is that for which the structure's own frequencies and those of human forcing come close to almost coincide, leading the structure to resonance. For this reason, during the design, in addition to the static behavior of the structure, it is necessary to pay attention to their dynamic behavior, following the approaches based on structural performance and therefore on the comfort of the user who uses it. This thesis analyzes the dynamic behavior of a cycle-pedestrian bridge located in the municipality of Cerro al Lambro (MI). The study starts with a model updating operation on a finite element model implemented with ANSYS Mechanical APDL. Then an experimental analysis is carried out. Two experimental campaigns were conducted in October 2018, in order to identify the structure's own frequencies first (confirmed by the FEM model), and then to study the dynamic behavior of the structure when several pedestrians cross the bridge. The analyzed data are the time histories of all the tests, in terms of recorded accelerations, and the associated Fourier spectra. The study is carried out both considering the data related to the footbridge and those associated with the walk of the pedestrians. The human-structure interaction is analyzed from multiple points of view. Using a numerical model is also reproduced the walk of some pedestrian on the ANSYS model, to compare the experimental data with the numerical ones, in terms of accelerations of the bridge.

Il sempre più ricercato senso estetico nelle strutture nell’epoca odierna ha portato a dare sempre più spazio nella progettazione al desiderio di ottenere leggerezza strutturale, accompagnata dalla possibilità di spingersi al limite delle capacità dei materiali che hanno ultimamente visto un forte sviluppo. Questo ha portato alla nascita di opere piuttosto snelle e caratterizzate da una grande flessibilità, in particolare in elementi strutturali come 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, l’attività umana genera la forzante che influisce sulla struttura e un fenomeno che si cerca di evitare è quello per cui frequenze proprie della struttura a quelle della forzante umana si avvicinano fino a quasi coincidere, portando la struttura a rispondere in risonanza. Per questo durante la progettazione, oltre al comportamento statico della struttura, risulta 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 parte da un’operazione di model updating su un modello ad elementi finiti implementato con ANSYS Mechanical APDL per poi svilupparsi in un’analisi sperimentale. Due campagne sperimentali sono state condotte nell’Ottobre 2018, al fine di individuare prima le frequenze proprie della struttura (confermate dal modello FEM), e poi di studiare il comportamento dinamico della struttura al passaggio di diversi pedoni. I dati analizzati sono le storie temporali di tutte le prove, in termini di accelerazioni registrate, e gli spettri di Fourier associati. Lo studio è portato avanti considerando sia i dati relativi alla passerella pedonale, sia quelli associati al passo dei pedoni. Un’analisi dell’interazione tra pedone e struttura si sviluppa da più punti di vista. Infine, tramite un modello numerico, si riproducono alcune camminate dei pedoni sul modello della passerella in ANSYS, confrontando i dati sperimentali con quelli numerici, in termini di accelerazioni della struttura.