NUMERICAL MODELLING VS ON-SITE TESTING OF AN ARCH-SUSPENDED FOOTBRIDGE

This thesis analyses the dynamic behaviour of a footbridge under the action of walking and running pedestrians. The arch-suspended footbridge (located in Bydgoszcz, Poland) is 32m long, with a not uniform spacing of the hangers, leaving a free span of 10m at one of the two sides. The footbridge was the object of a previous experimental campaign, leading to the identification of modal properties and to measuring the response to moving pedestrians and other types of loads. The first objective of this thesis was the development of a finite element (FE) model of the footbridge built within the framework of ANSYS APDL code. With a process of model updating, the final model is able to simulate the identified natural frequencies with an error lower than 5%. Modal shape correlation, in terms of MAC index, produces excellent results. As a second step, the FE model validated against the experimental results has been adopted to simulate the footbridge response to both static and dynamic load conditions. Vibration response was recorded under various conditions, including human-induced load, impulse load, and vibration exciter-induced excitations. From the numerical point of view, in this thesis a successful simulation was performed for static tests. The assessment of serviceability conditions under walking pedestrian was performed according Hivoss guidelines, for the two lower traffic classes TC1 and TC2, since one of the natural frequencies of the footbridge falls within the critical range. The results show an exceedance of comfort limits restricted to the 10m long span. Moreover, given the availability of tests with running pedestrians, a transient analysis was performed adopting SETRA modelling. Two cases are considered, for one and six running pedestrians. The second case produces a very high level of vibration, due to the perfect synchronization of runners adopted in the analysis. Both analyses point out the critical response of the 10m long span.

Questa tesi analizza il comportamento dinamico di una passerella sotto l'azione di pedoni che camminano e corrono. La passerella (situata a Bydgoszcz, Polonia) è lunga 32 m, con una spaziatura non uniforme dei tiranti, lasciando una luce di 10 m su uno dei due lati. La passerella in esame è stata oggetto di una precedente campagna sperimentale, che ha portato all'identificazione delle proprietà modali e alla misurazione della risposta per pedoni in movimento e altri tipi di carichi. Il primo obiettivo di questa tesi è stato lo sviluppo di un modello agli elementi finiti (FE) nell'ambito del codice ANSYS APDL. Il modello finale, tramite una serie di aggiornamenti, è in grado di simulare le frequenze naturali individuate con un errore inferiore al 5%. La correlazione della forma modale, in termini di indice MAC, produce ottimi risultati. In una seconda fase, il modello FE validato rispetto ai risultati sperimentali è stato adottato per simulare la risposta della passerella a condizioni di carico sia statiche che dinamiche. La risposta alle vibrazioni è stata registrata in varie condizioni, tra cui il carico indotto dall'uomo, il carico impulsivo e le eccitazioni indotte dall'eccitatore di vibrazioni. Dal punto di vista numerico, in questa tesi è stata eseguita con successo una simulazione per prove statiche. La valutazione delle condizioni di comfort per le interazioni con i pedoni è stata eseguita secondo le linee guida Hivoss, per le due classi di traffico inferiori TC1 e TC2, in quanto una delle frequenze naturali della passerella rientra nell'intervallo critico. I risultati mostrano un superamento dei limiti di comfort con particolare riferimento alla campata di 10 m. Inoltre, data la presenza di test con pedoni in corsa, è stata eseguita un'analisi transitoria adottando la modellazione SETRA. Vengono considerati due casi il primo con un pedone e il secondo con sei. Si nota che nel secondo caso si genera un livello di vibrazione molto elevato, dovuto alla perfetta sincronizzazione dei pedoni adottata nell'analisi. Entrambe le analisi evidenziano la risposta critica della campata lunga 10 m.