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• Data di creazione 13 Maggio 2025
• Ultimo aggiornamento 14 Maggio 2025

UTILIZZO DI TMD-TUNED MASS DAMPER PER LA MITIGAZIONE DELLE ACCELERAZIONI INDOTTE DAI PEDONI SULLE PASSERELLE PEDONALI (CM 2/2025)

USING TMD-TUNED MASS DAMPER FOR MITIGATION PEDESTRIAN-INDUCED ACCELERATIONS ON FOOTBRIDGES

Dott. Ing. Ludovico Bisi

UNIMORE – Università degli studi di Modena e Reggio Emilia

Ph.D. Ing. Fabio Dall’Aglio

DMN Ingegneria – Bologna, Italy

Il presente articolo tratta dell’utilizzo di Tuned Mass Damper, noti con l’acronimo TMD, al fi ne di limitare le accelerazioni verticali e orizzontali indotte dall’attività antropica sulle passerelle pedonali. Come caso studio di riferimento verrà esaminato lo “Swan River Pedestrian Bridge” situato a Perth, in Australia (d’ora in avanti denominato SRPB per brevità) per gentile concessione della Società di Ingegneria Enigma Engineering che ne ha curato il progetto strutturale ed ha messo a disposizione il modello numerico originale, in particolare nelle fi gure dell’Ing. Antonello Mezzaluna e del Prof. Ing. Massimo Majowiecki. Vista la numerosità delle variabili che possono entrare in gioco nel complesso fenomeno di interazione pedone-struttura e l’incertezza che affligge la determinazione dei valori soglia di accelerazione (verticale ed orizzontale) da rispettare per garantire un soddisfacente stato di comfort all’utente, appare assai importante non tanto determinare nel modo più accurato possibile l’accelerazione massima a cui sarà soggetta la struttura, essendo tale valutazione fortemente influenzata da numerosi parametri di progetto (i diversi carichi antropici previsti dall’una o dall’altra norma e le caratteristiche dinamiche del manufatto talvolta di incerta determinazione), quanto essere in grado di adottare specifiche contromisure qualora il problema sia giudicato significativo. A questo scopo si riscontra di grande efficacia su strutture snelle come le passerelle ciclopedonali di luce rilevante, l’utilizzo di dispositivi passivi di dissipazione di energia, detti Tuned Mass Damper (smorzatore a massa accordata) che, se correttamente calibrati sotto forma di massa, frequenza e smorzamento, possono abbattere la risposta dinamica dell’opera agendo in controfase rispetto alla struttura stessa. Questi dispositivi risultano semplici da installare ma necessitano di una certa accuratezza nella loro corretta calibrazione in merito alle caratteristiche dinamiche e, su strutture a comportamento dinamico complesso, anche in merito al loro posizionamento. In letteratura sono presenti diversi approcci relativi alla calibrazione dei TMD. I più comuni, come l’assai noto principio di Den Hartog, presuppongono l’utilizzo di un dispositivo per ciascun modo di vibrare i cui effetti si intendano mitigare e basano la taratura del TMD esclusivamente in funzione dei parametri di quel modo di vibrare. Il complesso struttura-TMD, con questo approccio, viene studiato come un sistema a due gradi di libertà formato dalla struttura considerata con lo specifi co modo di vibrare in esame e dal TMD. Questa soluzione si dimostra essere di grande efficacia per strutture semplici a modi disaccoppiati che sovente presentano pochi modi capaci di determinare vibrazioni elevate ma perde rapidamente di accuratezza in strutture complesse a modi accoppiati ovvero aventi numerosi modi di vibrare caratterizzati da frequenze vicine tra loro, come nel caso dello SRPB. Lo scopo del presente articolo è quindi presentare un approccio alternativo per progettare confi gurazioni a TMD singoli o a TMD multipli, in grado di tenere in conto simultaneamente del benefi cio ottenuto su tutti i modi critici. In particolare viene presentato un metodo di calibrazione automatica dei dispositivi mediante approccio numerico basato sull’utilizzo delle API (Application Programming Interface) del software Straus7. Le API permettono di eseguire l’analisi numerica by-passando l’usuale interfaccia grafi ca mediante uno script realizzato con un programma esterno, nel caso in esame Matlab, consentendo dunque l’automatizzazione dell’analisi numerica e la sua ripetizione con alcuni parametri modificati, se necessario.

 

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 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, 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 analysing 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, 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 onstruction if over the years, due to a deterioration of their mechanical properties or design defects, they exhibit behaviours 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). 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

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