Riassunto analitico
Il problema delle vibrazioni sui ponti a luce medio-alta è un argomento che attualmente sta diventando sempre più importante e oggetto di attenzione. Le nuove tendenze costruttive stanno portando infatti alla realizzazione di strutture sempre più leggere e snelle e, di conseguenza, il controllo delle vibrazioni indotte sta diventando un parametro fondamentale per garantire la corretta verifica della struttura nelle condizioni di esercizio. In particolare, negli ultimi anni, molti studi si sono concentrati nello sviluppo di modelli aventi lo scopo di descrivere al meglio un fenomeno complesso e variabile nel tempo come quello di interazione tra pedone e struttura. Il tema richiederebbe un approccio probabilistico tenendo conto di tutte le variabili che possono influenzare il meccanismo sia lato struttura sia lato forzante come ad esempio il tempo di stazionamento del pedone sulla passerella o la sua condizione di moto. Per questo motivo, nonostante i numerosi articoli e report pubblicati in merito, rimane ancora una forte indeterminazione nella modellazione del carico pedonale e sulla corretta interpretazione del meccanismo di interazione pedone-struttura in regime dinamico: infatti, le diverse linee guida, europee e internazionali, pur avendo alcune similitudini, differiscono tra loro, non convergendo verso un unico e condiviso approccio, lasciando il progettista nell'incertezza di quello che possa essere il più corretto e cautelativo. Dall'altro lato la disponibilità di software FEM, capaci di analizzare e risolvere in regime dinamico anche strutture complesse, ha facilitato il compito del progettista nella fase progettuale consentendogli l'implementazione dei modelli di carico proposti e dunque una stima a priori della risposta della struttura. Inoltre, i nuovi sistemi di monitoraggio ("SHM", Structural Health Monitoring), sempre più evoluti e usati, hanno aiutato a comprendere il comportamento di una struttura nel tempo, consentendo anche al progettista di confrontare, una volta realizzata l'opera, i suoi risultati a priori con quelli a posteriori e, nel caso, apportare opportuni rimedi per garantire sicurezza e comfort: infatti, il non corretto soddisfacimento dei requisiti minimi di comfort richiesti, porta il progettista a riprogettare la struttura e/o, ad introdurre dei sistemi passivi di mitigazione se quest'ultima è già in opera.
Negli ultimi anni, al fine di mitigare il problema, essendoci ancora grande incertezza e indeterminazione nella definizione della forzante dinamica e sui valori soglia di accelerazioni dentro i quali si deve necessariamente rientrare, si sono sviluppati diversi dispositivi di mitigazione passiva, tra i quali "Tuned Mass Damper" che, se correttamente applicati e calibrati, in funzione di massa, frequenza e smorzamento, consentono di ridurre notevolmente la risposta della struttura alla sollecitazione dinamica. L'utilizzo di questi dispositivi ha semplificato di molto l'onere progettuale in quanto una loro accurata predisposizione in fase di progetto consente al progettista di svincolarsi dai requisiti di comfort in maniera veloce e attraverso sistemi aventi un ottimo rapporto qualità-prezzo. Questi dispositivi, inoltre, permettono di correggere le strutture anche in corso d'opera se nel corso degli anni, per un loro degrado delle proprietà meccaniche o difetti progettuali, manifestano comportamenti che si discostano da quelli previsti o da quelli imposti dalle linee guida vigenti. L'utilizzo di questi dispositivi, usati inizialmente per ragioni anti-sismiche in edifici alti e snelli, sta prendendo sempre più piede all'interno del mondo delle infrastrutture viarie, specialmente in strutture a grande luce aventi forma complessa, come nel caso dello "Swan River Pedestrian Bridge (SRPB)" situato a Perth (Australia) e progettato dallo "Studio Tecnico Majowiecki", al fine di correggere difetti vibrazionali.
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Abstract
The problem of vibrations (mainly due to the action of the wind and/or vehicular/pedestrian traffic) on medium-high span bridges is a topic that is currently becoming increasingly important and the subject of attention. New construction trends are in fact leading to the creation of increasingly lighter and slimmer structures and, consequently, the control of induced vibrations is becoming a fundamental parameter to guarantee correct verification of the structure in operating conditions. In particular, in recent years, many studies have concentrated on the development of models with the aim of better describing a complex and time-varying phenomenon such as that of interaction between pedestrian and structure. The topic would require a probabilistic approach taking into account all the variables that can influence the mechanism both on the structure and on the forcing side, such as the pedestrian's standing time on the walkway or its motion condition. For this reason, despite the numerous articles and reports published on the subject, there still remains a strong uncertainty in the modeling of the pedestrian load and on the correct interpretation of the pedestrian-structure interaction mechanism in dynamic conditions: in fact, the various European and international guidelines despite having some similarities, they differ from each other, not converging towards a single and shared approach, leaving the designer in uncertainty as to what could be the most correct and precautionary. On the other hand, the availability of FEM software, capable of analyzing and solving even complex structures in a dynamic regime, has facilitated the designer's task in the design phase, allowing him to implement the proposed load models and therefore an a priori estimate of the response of the structure . Furthermore, the new monitoring systems ("SHM", Structural Health Monitoring), increasingly advanced and used, have helped to understand the behavior of a structure over time, also allowing the designer to compare, once the work has been completed, the its results a priori with those a posteriori and, if necessary, make appropriate remedies to guarantee safety and comfort: in fact, the incorrect satisfaction of the minimum comfort requirements required leads the designer to redesign the structure and/or to introduce systems mitigation measures if the latter is already in place.
In recent years, in order to mitigate the problem, as there is still great uncertainty and indeterminacy in the definition of the dynamic forcing and the acceleration threshold values within which it must necessarily fall, various passive mitigation devices have been developed, including "Tuned Mass Damper" which, if correctly applied and calibrated, as a function of mass, frequency and damping, allow the structure's response to dynamic stress to be significantly reduced. The use of these devices has greatly simplified the design burden as their careful preparation during the design phase allows the designer to free himself from comfort requirements quickly and through systems with an excellent quality-price ratio. Furthermore, these devices allow the structures to be corrected even during construction if over the years, due to a deterioration of their mechanical properties or design defects, they exhibit behaviors that deviate from those expected or from those imposed by the guidelines in force. The use of these devices, initially used for anti-seismic reasons in tall and slender buildings, is becoming increasingly popular within the world of road infrastructures, especially in large span structures with a complex shape, as in the case of the "Swan River Pedestrian Bridge (SRPB)" located in Perth (Australia) and designed by the "Studio Tecnico Majowiecki", in order to correct vibrational defects.
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