Dynamics of pedestrian timber bridges

QC 20251121

Abstract

Konstruktion av gång- och cykelbroar i trä är ett viktigt steg mot att skapa en mer hållbar framtid. Broar med resonansfrekvenser i närheten av gångfrekvenserna för gångtrafikanter kan emellertid vara känsliga för obekväma vibrationer. Tidigare forskning har visat att numeriska modeller ofta kräver specifika justeringar för att överrensstämma med de experimentella resultaten. Syftet med det aktuella forskningsprojektet har därför varit att genomföra experimentella och numeriska dynamiska analyser av fem gång- och cykelbroar i trä vid olika konstruktionsskeden för att förbättra den generella kunskapen kring implementering av mer exakta finita element modeller.

Resultaten visade att kalibrering av longitudinell styvhet vid brostöden behövdes för balk- och fackverksbroarna i Artiklarna I-II. Styvheter vid anslutningarna mellan de olika träelementen behövdes för att kalibrera fackverks- och bågbroarna i Artiklarna III-IV. Styvheten för pålfundamenten implementerades i Artikel III för att kalibrera den första böjningsmoden. En förenklad modell för pålfundamenten där jorden modellerades med fjädrar gav adekvata resultat jämfört med en detaljerad modell med solida element. Den partiella samverkan för de mekaniskt sammansatta bågsegmenten och vertikala stagen kvantifierades från experiment i laboratorie och implementerades följdaktligen i den numeriska modellen av den färdiga bågbron i Artikel IV, vilket reducerade styvheten för den första laterala moden och den första vridmoden. Den reducerade axiella styvheten för snedstagen till följd av deras deformerade kedjeform implementerades för att finjustera den första böjmoden för snedkabelbron i Artikel V. Asfalten kunde generellt bli modellerad som en massa vid varma temperaturer, medan beaktande av asfaltens styvhet krävdes vid kalla temperaturer. Särskilda strukturella aspekter såsom asfaltens kontinuitet över broändarna samt kontinuitet mellan individuella korslimmade träelement blev också presenterat. Räcken med styvhet i planet påverkade massan och styvheten av broarna lika mycket. Dämpningsfaktorerna ökade generellt sett med ett asfaltslager på bron, i synnerhet för vibrationsmoder med stor deformation av asfalten. Dessa dämpningsfaktorer var i många fall betydligt högre än värdena från tekniska normer.

Åtskilliga osäkerheter identifierades och diskuterades såsom variabiliteten i materialegenskaperna och formuleringen av styvheterna samt variationer i klimatet mellan konstruktionsstegen. De ovannämnda viktigaste faktorerna som påverkade de dynamiska egenskaperna för varje bro blev emellertid fastställda. Den främsta slutsatsen är att de flesta broarna behövde detaljerat beaktande av vissa strukturella aspekter för att uppnå kalibrerade resultat. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-373014