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Igor Braz do Nascimento Gonzaga

Título

INTERAÇÃO ENTRE ESTRUTURA DE PASSARELA E MULTIDÃO VIA USO DE MODELOS BIODINÂMICOS

 

Orientador(es)

Michèle Schubert Pfeil

Wendell Diniz Varela

 

Resumo

A estimativa de aceleração máxima de passarelas sob ação da travessia de multidão é, em geral, efetuada através de modelos simplificados de carga móvel (CM) aplicados a sistemas de 1 grau de liberdade (1GL) generalizado da estrutura. Entretanto, há relatos na literatura do incremento de amortecimento modal do sistema composto pela estrutura e as pessoas ocupantes em relação à passarela isolada. Este efeito pode ser considerado por meio da representação do pedestre como um modelo biodinâmico (MB) de 1GL acoplado à estrutura. Neste contexto, o presente trabalho apresenta uma ferramenta computacional denominada Programa de Interação Pessoa-Estrutura (PIPE) desenvolvida com a implementação de modelos analíticos para representar o movimento do sistema acoplado passarela-pedestre e de algoritmo de simulação do tráfego de pedestres. Para ação de multidão, os resultados são obtidos por meio de simulações de Monte Carlo a partir de um modelo de carga probabilístico. A validação do programa foi demonstrada através da comparação com resultados da literatura. Apresenta-se um estudo paramétrico das características dinâmicas de MBs e estrutura de passarelas com o qual destaca-se a importância da relação entre as frequências do passo, da estrutura e do MB. Os resultados com simulação de multidão para crescentes valores da densidade de ocupação de pedestres em uma passarela apontaram dois aspectos principais: (i) as acelerações obtidas com o modelo de interação pessoa-estrutura (IPE) são substancialmente menores do que as obtidas com o modelo de CM; (ii) há uma tendência de estabilização das acelerações máximas da passarela a partir de densidades de ocupação maiores que 0,5 ped/m².

 

Abstract

In order to verify the serviceability limit states in footbridges subjected to crowd action, the maximum acceleration is generally estimated by applying the simplified moving load model (MLM) to the single degree of freedom system (1 SDF) of the structure. Nevertheless, there is evidence in the literature pointing out the increase in damping ratios of the occupied structure in relation to the empty one. This effect may be taken into account by representing the pedestrian as a SDF biodynamic model (SDFBM) coupled to the structure model. In this context, this work presents a computational tool called Pedestrian - Structure Interaction Program (PIPE) developed from analytical models to describe the motion of the coupled footbridge-pedestrian system and a pedestrian traffic simulation algorithm. The validation of the computational program was checked by comparing its outputs with results known from the literature. A parametric study considering the dynamic characteristics of a SDFBM and a footbridge is presented herein with emphasis on the role of the walking frequency, natural frequency of the structure and natural frequency of the SDFBM. The results for increasing values of crowd density on a footbridge highlighted two aspects: (i) the accelerations obtained with the human structure interaction approach are significantly smaller than those obtained with the MLM; (ii) there is a tendency of stabilization in the maximum accelerations of the footbridge for values of density greater than 0.5 pedestrians/m².

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