Controle da resposta dinâmica de um passarela de pedestres da cidade de Brasília com a utilização de amortecedores de massa sintonizados

Abstract

O avanço das tecnologias construtivas e o uso de materiais de alta resistência têm possibilitado o projeto de estruturas cada vez mais leves e flexíveis, que conseqüentemente possuem menor rigidez e amortecimento. Dessa forma, essas estruturas são mais sensíveis a vibrações em baixas freqüências, que é o caso das passarelas de pedestres. Os carregamentos produzidos por movimentos humanos se caracterizam por funções periódicas de baixas freqüências, que podem provocar desconforto e até problemas de segurança. As cargas dinâmicas que geralmente atuam em passarelas de pedestres são ocasionadas pelos movimentos de caminhar ou de correr de pedestres. Essas cargas possuem componentes de freqüência abaixo de 5 Hz. Em muitos casos é difícil evitar-se que as freqüências mais baixas da passarela se encontrem nesse intervalo, pois isso exige aumento da rigidez da estrutura e conseqüentemente aumento de massa, o que pode ser inviável economicamente. A utilização de amortecedores na estrutura é uma alternativa para esses casos. No presente trabalho foi realizado um estudo numérico do comportamento dinâmico de uma passarela de pedestres localizada na cidade de Brasília quando submetida às ações humanas de caminhar e correr. A análise de vibrações forçadas para carregamentos típicos de uma estrutura como esta mostrou que a passarela apresenta vibrações excessivas e que os limites de serviço indicados na literatura não são verificados em várias situações analisadas. Confirmou-se então a necessidade da introdução de um sistema de controle estrutural na passarela. Este sistema foi projetado através de simulações numéricas com diferentes configurações de amortecedores de massa sintonizados múltiplos (AMSM), além da introdução de barras de travamento na estrutura. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, já que houve redução na amplitude das vibrações da estrutura a níveis aceitáveis de acordo com os limites de serviço consultados na literatura. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Advanced constructive technologies and the use of high resistance materials made possible the design of slender and flexible structures, which present less strength and damping. These structures are more sensitive to vibrations in low frequencies, characteristic of footbridges. The loads produced by human movements, mathematically represented by periodic functions of low frequencies, can cause discomfort to users and safety problems in the structure. Walking and running movement of pedestrians cause dynamic loads generally acting in footbridges. These types of loads have frequency components below 5 Hz. In general it is difficult to prevent that the lowest footbridge frequencies get out of this interval, therefore the strength increase demands structure mass increase, which may be economically prohibitive. Structural control can be a solution to this problem. In this work a footbridge located in the city of Brasilia was studied through a numerical analysis of its dynamic behavior, when submitted to the human walking and running. The dynamic forced vibration analysis for typical human loads showed that the footbridge presents excessive vibrations and that the literature serviceability limits are not verified in many cases. The need of a control system in the footbridge was then confirmed. This system was designed through numerical simulations with different multiple tuned mass damper (MTMD) configurations, besides the introduction of iron bars to increase the structure strength. The obtained results have been considered satisfactory, with reduction in the vibration amplitude of the structure to the acceptable levels in accordance with the serviceability limits of literature.