The Impact of Vertical Human-Structure Interaction for Footbridges

Nimmen, Katrien Van; Maes, Kristof; Lombaert, Geert; Roeck, Guido De; Broeck, Peter Van den

doi:10.7712/120115.3549.712

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“…Several studies have shown that pedestrians provide negligible additional damping to structures subjected to vertical vibration [14][15][16][17]. erefore, to depict the dynamic behaviour of the human body, some researchers have equated pedestrians to SMD system, which accounts for the effects of human mass, stiffness, and damping on the structure [18][19][20][21][22]. e moving SMD, introduced by Archbold [18], is applied into the HSI area and the SMD model has a better predictability in vibration response as compared to the MF model [20].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Theoretical Derivation and Parameters Analysis of a Human-Structure Interaction System with the Bipedal Walking Model

Liang

Zhang

Wei

2021

Journal of Mathematics

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The excessive vertical vibration of structures induced by walking pedestrians has attracted considerable attention in the past decades. The bipedal walking models proposed previously, however, merely focus on the effects generated by legs and ignore the effects of the dynamics of body parts on pedestrian-structure interactions. The contribution of this paper is proposing a novel pedestrian-structure interaction system by introducing the concept of the continuum and a different variable stiffness strategy. The dynamic model of pedestrian-structure coupling system is established using the Lagrange method. The classical mode superposition method is utilized to calculate the response of the structure. The state-space method is employed to determine natural frequencies and damping ratio of the coupled system. Based on the proposed model, numerical simulations and parametric analysis are conducted. Numerical simulations have shown that the continuum enables the pedestrian-structure system to achieve the stable state more efficiently than the classic model does, which idealizes the body as a concentrated or lumped mass. The parametric study reveals that the presence of pedestrians is proved to significantly decrease the frequency of human-structure interaction system and improve its damping ratio. Moreover, the parameters of the bipedal model have a noticeable influence on the dynamic properties and response of the pedestrian-structure system. The bipedal walking model proposed in this paper depicts a pattern of pedestrian-structure interactions with different parameter settings and has a great potential for a wide range of practical applications.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Theoretical Derivation and Parameters Analysis of a Human-Structure Interaction System with the Bipedal Walking Model

Liang

Zhang

Wei

2021

Journal of Mathematics

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Einsatz von multiplen Schwingungstilger‐Systemen an schlanken Fußgängerbrücken

Meinhardt¹

2017

Stahlbau

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Herrn Univ.‐Prof. em. Dr.‐Ing. Herbert Schmidt zur Vollendung seines 80. Lebensjahres gewidmet Der Einsatz von Schwingungstilgern zur Erhöhung der Gebrauchstauglichkeit von Fußgängerbrücken gehört in der Zwischenzeit zum Standard und erlaubt den Tragwerksplanern die Realisierung filigraner Bauwerke. Im Regelfall wird ein Schwingungstilger zur Reduktion von Schwingungen in einer vertikalen oder lateralen Eigenform eingesetzt, welche in einem kritischen Frequenzbereich, also dem üblichen Bereich der Schrittfrequenzen liegen. Besonders schlanke bzw. leichte Brücken weisen jedoch zahlreiche Eigenformen innerhalb dieses kritischen Bereiches auf, so dass – will man vermeiden, dass je Eigenform in dem kritischen Frequenzbereich ein Tilgersystem appliziert wird – die Konzepte zur Applikation von Schwingungstilgern angepasst werden müssen. Weiterhin weisen schlanke Fußgängerbrücken größere Verschiebungen der Eigenfrequenzen in Abhängigkeit von der Personen‐Anzahl auf dem Brückendeck auf, so dass zusätzlich zu der Wirksamkeit für mehrere Schwingungsmoden auch eine entsprechend große Robustheit des Schwingungstilger‐Konzepts gegenüber diesen Frequenzverschiebungen erforderlich ist. In der Vergangenheit wurden multiple Schwingungstilger‐Systeme vornehmlich mit dem Ziel einer Erhöhung der Wirksamkeit passiver Systeme bei stochastischer Anregung untersucht [1], [2]. Da die dynamische Schwingantwort von schlanken Fußgängerbrücken bei Anregung durch Personen aufgrund der Anregung mehrerer Eigenfrequenzen sowie erzwungener Schwingungen im Bereich der Schrittfrequenz ebenfalls stochastische Züge aufweist, bietet es sich an, solche Konzepte ebenfalls auf Brückendecks zu applizieren. Der folgende Beitrag soll zunächst das typische Schwingungsverhalten schlanker Fußgängerbrücken an praktischen Beispielen demonstrieren. Basierend auf den gezeigten Effekten wird ein für Fußgängerbrücken optimiertes Konzept für Multiple Schwingungstilger (Multiple Tuned Mass Dampers – MTMD)‐Systeme vorgestellt. Hierzu werden die mathematischen Grundlagen zur Optimierung erläutert und Hinweise zur Auswahl abzudeckender Frequenzbereiche sowie zur Massenaufteilung und Abstimmung dargelegt. Abschließend werden Ergebnisse numerischer Berechnungen einer Seilbrückenstruktur vorgestellt, bei denen ein spezielles Augenmerk auf die Robustheit des Systems gegenüber belastungsbedingter Frequenzverschiebungen sowie der charakteristischen Belastung durch Fußgänger gelegt wurde.

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