Model investigations and numerical analysis of an arch shaped footbridge

• Autorzy: Bęc J. , Lipecki T. , Flaga A. , Bosak G.

Warianty tytułu

PL

Badania modelowe i numeryczna analiza aerodynamiczna mostu łukowego dla pieszych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Complex aerodynamic analysis of the "Kazimierz-Podgórze" bridge for pedestrians and bicycles traffic over Vistul a River has been presented in the paper. The analysis consists of model tests performed in the wind tunnel and aerodynamic cal culations. Aerodynamic coefficients of drag Cx, l ift Cy and moment Cm for three sections of the bridge in dependence on the angl e of wind attack in the range -15° to +15° have been obtained from the wind tunnel tests. These functions of the aerodynamic coefficients have been used to determine the wind action on the footbridge according to the quasi-steady theory, and to estimate the possibility of self-induced vibrations of the bridge deck. The bridge dynamic characteristics: frequencies and mode shapes, as wel l as displacements, internal forces and stresses in particul ar structural elements under the dynamic wind action have been determined numerically. Static analysis of the bridge under a deadweight only has been performed for comparison. Due to circular cross-section of an arch girder, dynamic analysis of the bridge with vortex excitation of the arch girder has al so been performed. This excitation has been applied to the structure simultaneously with the dynamic wind action at the mean wind speed equal to the critical wind speed. The criteria for pedestrian comfort in presence of vibrations generated by wind have al so been examined.

PL

W pracy przedstawiono kompleksową analizę aerodynamiczną mostu dla ruchu pieszego i rowerowego „Kazimierz-Podgórze" przez rzekę Wisłę w Krakowie. Analiza składa się z badań modelowych w tunelu aerodynamicznym oraz obliczeń komputerowych. Przedstawiono wyniki badań dotyczących wyznaczenia funkcji współczynników aerodynamicznych: oporu Cx, siły unoszenia Cy oraz momentu Cm w odniesieniu do trzech sekcji mostu (modeli sekcyjnych), w zależności od kąta napływu wiatru w zakresie od -15° do +15°. Wyznaczone funkcje współczynników aerodynamicznych stanowią dane wejściowe do określenia oddziaływania wiatru na przęsło zgodnie z teorią quasi-ustaloną oraz do oceny możliwości wystąpienia drgań samowzbudnych przęsła mostu. W ramach komputerowej analizy aerodynamicznej wyznaczono charakterystyki dynamiczne mo stu oraz przemieszczenia, siły wewnętrzne i naprężenia w poszczególnych elementach konstrukcji przy dynamicznym oddziaływaniu wiatru. W celu porównania przeprowadzono anali zę statyczną mostu obciążonego wyłącznie ciężarem własnym. Z uwagi na kołowy przekrój poprzeczny dźwigara łukowego mo stu wykonano również analizę dynamiczną uwzględniającą siły powodowane wzbudzeniem wirowym łuku, działające równocześ nie z obciążeniem dynamicznym wiatrem o średniej prędkości równej prędkości krytycznej. Sprawdzono także kryteria komfortu pieszych przy drganiach generowanych przez wiatr.

Słowa kluczowe

EN

dynamic wind action; footbridge; pedestrian comfort; quasi-steady theory; vortex excitation; wind tunnel

PL

oddziaływanie wiatru dynamiczne; komfort pieszych; most dla pieszych; teoria quasi-ustalona; tunel aerodynamiczny; wzbudzenie wirowe

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 12, no. 4
• Strony: 339--360
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bęc J.

• Wydział Budownictwa i Architektury Politechniki Lubelskiej

autor

Lipecki T.

• Wydział Budownictwa i Architektury Politechniki Lubelskiej

autor

Flaga A.

• Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Krakowskiej

autor

Bosak G.

• Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Krakowskiej

Bibliografia

• [1] Flaga A., Lipecki T., Bęc J.: Quasi-steady approach to the dynamic wind action on footbridges, in: Recent advances in research on environmental effects on buildings and people (ed.: Flaga A., Lipecki T.). Polish Association For Wind Engineering, Kraków, 2010, 31-142
• [2] Lipecki T., Bęc J., Flaga A.: Complex aerodynamic analysis of a single-span arch footbridge. Proceedings of the 5t h International Symposium on Computational Wind Engineering, Chapel Hill, North Carolina, USA, 2010, USB stick, paper no. 304
• [3] Lipecki T., Bęc J., Flaga A., Bosak G.: Dynamiczne oddziaływanie wiatru na dwa różne mosty dla pieszych przez rzekę Wisłę w Krakowie. Inżynieria i Budownictwo, 66, 8, 2010, 420-425
• [4] PN-77/B-02011. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem. Wydawnictwa Normalizacyjne, 1985
• [5] PN-EN 1991-1-4:2008 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje - Część 1-4: Oddziaływania ogólne - Oddziaływania wiatru
• [6] Lipecki T., Bęc J., Flaga A., Bosak G., Aerodynamic analysis of a sinusoidal footbridge for pedestrian and bicycle traffic. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 12,3, 2013,297-316
• [7] Shinozuka M.: Stochastic Mechanics, v. 1. Dep. of Civil Eng. & Eng. Mech., Columbia Univ., NY, 1987, USA
• [8] Flaga A., Błazik-Borowa E., Podgórski J.: Aerodynamika smukłych budowli i konstrukcji prętowo-cięgnowych. Politechnika Lubelska, Lublin, 2004
• [9] Flaga A.: Quasisteady theory in aerodynamics of slender structures. Sonderforschungsbereich 151 -Tragwerksdynamik, Berichte, 25, 1994, Ruhr Universitat Bochum, Germany
• [10] Flaga A.: Inżynieria wiatrowa. Podstawy i zastosowania. Arkady, Warszawa, 2008
• [11] Flaga A., Błazik-Borowa E., Pańtak M.: Wind comfort criteria for pedestrians on footbridges. Proceedings of the 12th International Conference on Wind Engineering, Cairns, Australia, 2007, 2623-2630
• [12] Flaga A., Pańtak M.: Krzywe komfortu wibracyjnego mostów dla pieszych według normy ISO/CD 10137:2005 i propozycji własnych. Inżynieria i Budownictwo, 62, 10, 2006, 541-547