Denne afhandling omhandler vandrette fodgængerinducerede svingninger svarende til dem der bl.a. blev observeret på Londons præstigefulde gangbro, Millennium Bridge i året 2000 og Solferino-broen i Paris i 1999. I særdeleshed har den midlertidige lukning af førnævnte broer gjort ingeniører og arkitekter bevidste om de potentielle svingningsproblemer som fodgængere kan forårsage i gangbroer. Som en følge heraf er der opstået en ny forskningsretning som søger at forstå effekten af fodgængerinducerede laster på gangbroer og kvantificere interaktionen mellem fodgængere og et vandret bevægende underlag. I det sidste årti er antallet af videnskabelige publikationer indenfor dette område steget stødt og stadig flere tilfælde af broer der har oplevet lignende voldsomme svingninger er blevet offentliggjorte. Til trods for dette findes der på verdensplan kun et fåtal normer og retningslinjer med vejledninger til undgåelse af disse problemer i nye gangbroer. Disse vejledninger bygger typisk på en antagelse om at fodgængerinducerede vandrette laster er proportionale med broens svingningshastighed, hvorfor deres effekt kan modelleres som negative dæmpere hidrørende fra en synkroniseret bevægelse af fodgængerne. Denne ekscitationsmekanisme er ofte karakteriseret som Synkroniseret Vandret Ekscitation (e. Synchronised Lateral Excitation – SLE). Observationer fra et begrænset antal fuldskala gruppeforsøg har eftervist forekomsten af en form for ustabilitet, karakteriseret ved en uforholdsmæssig stigning i den vandrette respons ved en forøgelse af antallet (udover et kritisk antal) af fodgængere på broen. Fænomenet skyldes en form for interaktion mellem fodgængerne og den vandrette bevægelse af broen, men de styrende mekanismer i forbindelse med lastfrembringelsen debatteres stadig. I denne afhandling præsenteres et omfattende litteraturstudie der omhandler fodgængerinducerede vandrette laster, deres effekt på gangbroer og teoretiske modeller af interaktionen derimellem (e. Human-Structure Interaction). Det vises her at der eksisterer forskellige hypoteser vedrørende interaktionens karakter. Mange af disse beror udelukkende på teoretiske modeller og mangler fyldestgørende empirisk dokumentation til at understøtte og retfærdiggøre deres anvendelse. I særdeleshed betvivles vigtigheden af personers synkronisering til broens svingninger som forudsætning for udvikling af voldsomme sideværts svingninger. I dette studium er der udført eksperimentelle undersøgelser, hvis formål er at bestemme de laster som hidrører fra personers gang på et vandret bevægeligt underlag, nærmere betegnet et løbebånd. Lasterne er bestemt under to forskellige forhold. I den første del fastholdes løbebåndet mod vandret bevægelse hvorefter den anden del er karakteriseret ved en påtvungen sinusformet bevægelse ved forskellige kombinationer af frekvens (0.33- 1.07 Hz) og amplitude (4.5-48mm). Dette studie omfattede 71 personer der tilsammen xi tilbagelagde 55 km fordelt på næsten 5000 individuelle forsøg. En detaljeret analyse af forsøgspersonernes bevægelsesmønstre afslørede at synkronisering mellem personen og det bevægelige underlag ikke er nødvendig for at forårsage store vandrette svingninger i gangbroer. Derimod fremkommer de store svingninger fra hastighedskorrelerede kræfter i form af negativ dæmpning, der kan opstå uafhængigt af forholdet mellem gangfrekvensen og frekvensen af den vandrette bevægelse. Disse kræfter fremkaldes af accelerationer af kroppens tyngdepunkt forårsaget af underlagets bevægelse, hvorfor de beskrives som selvinducerede (e. self-excited). Grundet den store spredning i forsøgsresultaterne, samt det faktum af menneskeinducerede laster generelt er underlagt en stor usikkerhed, er der udviklet en stokastisk model der beskriver frekvens- og amplitudeafhængigheden af de vandrette laster hidrørende fra fodgængere. Parametrene i modellen er baseret direkte på forsøgsresultaterne og udgør dermed et robust og statistisk pålideligt værktøj til modellering af fodgængerinducerede vandrette vibrationer. Det demonstreres her, at responsen af gangborer udsat for last fra menneskegrupper er følsom over for valg af diverse inputparametre. Disse tæller blandt andet fordelingen af gangfrekvenser i gruppen, størrelsen af lasten fra de øvrige omgivelser eksempelvis vind, samt lastvarigheden. Valget af disse parametre har en afgørende betydning for antallet af fodgænger, der kan forårsage voldsomme svingninger i et givet scenarie. Afslutningsvis præsenteres et forenklet stabilitetskriterium der kan anvendes til at bestemme det kritiske antal personer som kan ophæve konstruktionens dæmpning og dermed forårsage voldsomme svingninger.
展开▼
