The goal of this thesis was to design a steel structure of a footbridge for pedestrians and cyclists over the river Úpa in Trutnov spanning 20m. Also, it was calculated with a crossing of 3,5t vehicle. Preliminary design was carried for two variants. Variant B is truss structure, structure of Variant A is carried by prestressed cable and is further developed. Main structural beams of variant A are designed to be a shape of parabole with the middle beam connected by arbitrary profiled vertical beams to supporting prestressed high yield cable. For the design of structure, SLS was the main factor so elastic check is performed for ULS.

As timber structures become increasingly relevant and sought after – since they enable improvements in building time while reducing a structure’s life cycle impacts – streamlining their design can have meaningful economic and environmental implications. For timber footbridges, its design is frequently governed by serviceability criteria linked to excessive vibrations. To address this in design, it is necessary to correctly characterize the structure’s dynamic properties and understand what the leading parameters in its behaviour are. This thesis studied an existing timber arch footbridge, aiming to evaluate its dynamic behaviour both with experimental measurements and with theoretical models. The influence of temperature change over different seasons was considered, particularly around its effect on the asphalt layer – whose stiffness is highly correlated to temperature. The experimental results showed high correlation between temperature and natural frequencies: a variation of +21°C reduced the natural frequency for the 1st transverse mode of the deck by as much as 30.6% while the 1st vertical mode was reduced by 17.7% (variation of 0.029Hz/°C). The damping ratio was also measured, though a definitive correlation between its value and temperature was not identified. This change in behaviour cannot be explained by the influence of the asphalt layer alone however, as there is a high degree of uncertainty around many other components of the bridge and their interactions, such as the connections. Thus, to fully characterize the influence of each component with changing temperature, further experimental tests would have to be performed, or simpler structures with fewer connections should be considered. In designing a new structure, considering the asphalt layer as an added mass is a straightforward way to treat this material at the most critical condition (i.e. no contribution to stiffness). This strategy lead to sufficiently similar results between the computational model and the experimental results at warm temperatures. The asphalt stiffness could perhaps be considered for the 1st transverse mode of the deck, since it is in this mode that the asphalt layer plays its largest contribution.

No Brasil, o estudo a respeito das vibrações induzidas por pedestres em passarelas vem sendo realizado a partir do início dos anos 1990, para passarelas de concreto e de aço. No entanto, ainda não há registro de estudos desse tipo e a norma brasileira NBR 7190 (1997) de projeto de estruturas de madeira apresenta somente critérios de dimensionamento para carregamentos estáticos, no caso de passarelas de madeira. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo geral a análise teórica, numérica e experimental de passarelas de madeira simplesmente apoiadas, com vistas a propor recomendações de projeto relacionadas ao conforto humano nessas estruturas. Este estudo foi desenvolvido a partir da análise de diretrizes normativas e critérios sugeridos por diversos autores, da análise teórica de passarelas dimensionadas segundo os critérios da NBR 7190 (1997), de modelos numéricos construídos em elementos finitos e de ensaios experimentais em modelo reduzido. Entre as conclusões alcançadas, destaca-se que a formulação de Euler-Bernoulli é adequada para o cálculo da primeira frequência natural nas direções transversal vertical e transversal horizontal em passarelas de madeira simplesmente apoiadas; entretanto, especial atenção deve ser dada para a avaliação da rigidez à flexão na direção transversal horizontal. Finalmente, sugeriu-se uma proposta para verificação do estado limite de serviço devido às vibrações induzidas por pedestres em passarelas de madeira simplesmente apoiadas, no tocante ao cálculo de frequências e acelerações, a ser inserida na futura revisão da norma brasileira de projeto de estruturas de madeira. / In Brazil, studies about pedestrian-induced vibrations on footbridges have been carried out since the early 1990s, for concrete and steel footbridges. However, there is no record of such studies and the brazilian standard NBR 7190 (1997) for the design of timber structures only presents design requirements for static loads, in the case of timber footbridges. Therefore, this paper aims to general theoretical analysis, numerical and experimental simply-supported beams timber footbridges, with a view to proposing recommendations for projects related to human comfort in these structures. This study was developed from the study of standards guidelines and criteria suggested by several authors, the theoretical analysis of footbridges design according to the criteria of the NBR 7190 (1997), numerical models using finite element and experimental tests on reduced model. Among the conclusions reached, it is emphasized that the formulation of Euler-Bernoulli is suitable for calculating the first natural frequency in vertical and lateral directions simply-supported beams timber footbridges; however, special attention should be given to the evaluation of lateral bending stiffness. Finally, we have suggested a proposal serviceability limit state verification due to pedestrian-induced vibrations on simply-supported beams timber footbridges, concerning the calculation of frequencies and accelerations to be included in a future review of the brazilian standard for the design of timber structures.

Limitações de altura têm sido impostas sobre edificações por regulamentos de zoneamento urbano e aspectos econômicos e estéticos. Além disso, para se proporcionar a passagem de tubulações de grande diâmetro sob vigas de aço, um pé-direito alto é normalmente requerido. Uma solução frequentemente utilizada em projeto diz respeito à abertura de furos na alma das vigas de aço para passagem das tubulações de serviço. Assim sendo, este trabalho de pesquisa objetiva a avaliação da resposta dinâmica de passarelas para pedestres, onde o projeto estrutural prevê a utilização de vigas celulares em aço. Objetiva-se verificar a influência das aberturas nas almas dessas vigas sobre a resposta dinâmica das passarelas. As ações dinâmicas representativas do caminhar dos pedestres são simuladas por meio de um modelo matemático que considera uma descrição espacial e temporal e, ainda, inclui o efeito do impacto do calcanhar humano. Os modelos estruturais investigados correspondem a passarelas mistas (aço-concreto) com 10m a 30m de extensão. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. A resposta dinâmica das passarelas é obtida para duas situações distintas: vigas de alma cheia e vigas celulares. Uma avaliação crítica sobre a resposta dinâmica das passarelas possibilita verificar a influência dos furos nas almas das vigas metálicas, mediante a obtenção das acelerações de pico, focando aspectos associados ao conforto humano, considerando-se comparações com normas e recomendações de projeto. / Height limitations are frequent in multi-storey buildings due to zoning regulations, economic requirements and aesthetical considerations. Moreover, to provide for the passage of large diameter pipes in steel beams a high ceilings is usually required. The most adopted solution is the use of holes in the steel beams web in order to enable the passage of services. Therefore, the main objective of this research work is to evaluate the dynamic behaviour of footbridges, where structural design includes the use of cellular steel beams. The present study was carried out based on a load model developed to incorporate the dynamic effects induced by people walking. In this load model the transient effect due to the human heel impact was considered and the position of the dynamic load is changed according to individual position. The investigated structural model was based on a series of steelconcrete composite footbridges, with main spans varying from 10m to 30m. The proposed computational model, developed for the structural system dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations, based on the Ansys program. The footbridges dynamic response was investigated considering two different design solutions: beams filled soul and cellular beams. The influence of the holes in the composite beams web over the footbridges dynamic response was investigated and the peak accelerations were obtained and compared with results supplied by design codes and recommendations aiming human comfort evaluations.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Atualmente têm sido projetadas passarelas cada vez mais esbeltas devido aoavanço da tecnologia e das pesquisas científicas na área de desenvolvimento de novos materiais. Uma conseqüência direta disso é o aumento considerável de problemas de vibração. No caso particular de passarelas, este fenômeno ocorre quando a freqüência fundamental da estrutura é igual ou se aproxima da freqüência do passo do pedestre. Atividades como caminhar, correr ou pular produzem excitações dinâmicas. Essas forças dinâmicas, em determinados casos, podem vir a produzir níveis de vibração elevados e, por conseguinte, perturbar ou até mesmo alarmar as pessoas que estiverem utilizando a estrutura. Como o propósito primário das passarelas é o transporte de pedestres, as mesmas precisam estar seguras e apresentar um comportamento que não ofereça desconforto aos usuários. Assim sendo, o presente estudo foi desenvolvido de forma a dar uma contribuição no que tange a avaliação da resposta dinâmica de passarelas de pedestre, principalmente, no que se refere ao conforto humano. Para tal, são desenvolvidos diversos modelos de carregamento de forma a representar a travessia de pedestres sobre a estrutura. A análise em questão considera, inclusive, um modelo mais realista de carregamento desenvolvido para incorporar o impacto transiente do calcanhar devido ao caminhar humano. Neste modelo de carregamento, o movimento de pernas que causa a subida e descida da massa efetiva do corpo em cada passo foi considerado e a posição do carregamento dinâmico foi alterada de acordo com a posição do individuo, assim a função de tempo, correspondente a excitação induzida pela caminhada, teve uma variação espacial e temporal. A análise de diversos projetos distintos de passarelas foi realizada em um extenso estudo de casos, onde foram investigadas as respostas dinâmicas dessas estruturas. Em uma fase subseqüente, características estruturais e dinâmicas foram avaliadas através de um estudo paramétrico. Os resultados obtidos, em termos das acelerações verticais de pico e rms (root mean square), foram comparados com critérios de projeto. Através dos resultados analíticos e numéricos alcançados foi possível demonstrar a importância da modelagem do carregamento gerado durante uma caminhada e como esses resultados são fundamentais para uma boa avaliação da resposta dinâmica das estruturas. Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam, claramente, que os projetistas estruturais devem ser alertados para distorções importantes que ocorrem quando as normas de projeto são utilizadas sem o devido cuidado. Um outro aspecto importante diz respeito ao fato de que em diversas passarelas analisadas observa-se que os critérios de conforto humano não são satisfeitos, demonstrando a importância da consideração dos efeitos dinâmicos provenientes dos seres humanos na análise desse tipo de problema.

Limitações de altura têm sido impostas sobre edificações por regulamentos de zoneamento urbano e aspectos econômicos e estéticos. Além disso, para se proporcionar a passagem de tubulações de grande diâmetro sob vigas de aço, um pé-direito alto é normalmente requerido. Uma solução frequentemente utilizada em projeto diz respeito à abertura de furos na alma das vigas de aço para passagem das tubulações de serviço. Assim sendo, este trabalho de pesquisa objetiva a avaliação da resposta dinâmica de passarelas para pedestres, onde o projeto estrutural prevê a utilização de vigas celulares em aço. Objetiva-se verificar a influência das aberturas nas almas dessas vigas sobre a resposta dinâmica das passarelas. As ações dinâmicas representativas do caminhar dos pedestres são simuladas por meio de um modelo matemático que considera uma descrição espacial e temporal e, ainda, inclui o efeito do impacto do calcanhar humano. Os modelos estruturais investigados correspondem a passarelas mistas (aço-concreto) com 10m a 30m de extensão. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. A resposta dinâmica das passarelas é obtida para duas situações distintas: vigas de alma cheia e vigas celulares. Uma avaliação crítica sobre a resposta dinâmica das passarelas possibilita verificar a influência dos furos nas almas das vigas metálicas, mediante a obtenção das acelerações de pico, focando aspectos associados ao conforto humano, considerando-se comparações com normas e recomendações de projeto. / Height limitations are frequent in multi-storey buildings due to zoning regulations, economic requirements and aesthetical considerations. Moreover, to provide for the passage of large diameter pipes in steel beams a high ceilings is usually required. The most adopted solution is the use of holes in the steel beams web in order to enable the passage of services. Therefore, the main objective of this research work is to evaluate the dynamic behaviour of footbridges, where structural design includes the use of cellular steel beams. The present study was carried out based on a load model developed to incorporate the dynamic effects induced by people walking. In this load model the transient effect due to the human heel impact was considered and the position of the dynamic load is changed according to individual position. The investigated structural model was based on a series of steelconcrete composite footbridges, with main spans varying from 10m to 30m. The proposed computational model, developed for the structural system dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations, based on the Ansys program. The footbridges dynamic response was investigated considering two different design solutions: beams filled soul and cellular beams. The influence of the holes in the composite beams web over the footbridges dynamic response was investigated and the peak accelerations were obtained and compared with results supplied by design codes and recommendations aiming human comfort evaluations.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Atualmente têm sido projetadas passarelas cada vez mais esbeltas devido aoavanço da tecnologia e das pesquisas científicas na área de desenvolvimento de novos materiais. Uma conseqüência direta disso é o aumento considerável de problemas de vibração. No caso particular de passarelas, este fenômeno ocorre quando a freqüência fundamental da estrutura é igual ou se aproxima da freqüência do passo do pedestre. Atividades como caminhar, correr ou pular produzem excitações dinâmicas. Essas forças dinâmicas, em determinados casos, podem vir a produzir níveis de vibração elevados e, por conseguinte, perturbar ou até mesmo alarmar as pessoas que estiverem utilizando a estrutura. Como o propósito primário das passarelas é o transporte de pedestres, as mesmas precisam estar seguras e apresentar um comportamento que não ofereça desconforto aos usuários. Assim sendo, o presente estudo foi desenvolvido de forma a dar uma contribuição no que tange a avaliação da resposta dinâmica de passarelas de pedestre, principalmente, no que se refere ao conforto humano. Para tal, são desenvolvidos diversos modelos de carregamento de forma a representar a travessia de pedestres sobre a estrutura. A análise em questão considera, inclusive, um modelo mais realista de carregamento desenvolvido para incorporar o impacto transiente do calcanhar devido ao caminhar humano. Neste modelo de carregamento, o movimento de pernas que causa a subida e descida da massa efetiva do corpo em cada passo foi considerado e a posição do carregamento dinâmico foi alterada de acordo com a posição do individuo, assim a função de tempo, correspondente a excitação induzida pela caminhada, teve uma variação espacial e temporal. A análise de diversos projetos distintos de passarelas foi realizada em um extenso estudo de casos, onde foram investigadas as respostas dinâmicas dessas estruturas. Em uma fase subseqüente, características estruturais e dinâmicas foram avaliadas através de um estudo paramétrico. Os resultados obtidos, em termos das acelerações verticais de pico e rms (root mean square), foram comparados com critérios de projeto. Através dos resultados analíticos e numéricos alcançados foi possível demonstrar a importância da modelagem do carregamento gerado durante uma caminhada e como esses resultados são fundamentais para uma boa avaliação da resposta dinâmica das estruturas. Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam, claramente, que os projetistas estruturais devem ser alertados para distorções importantes que ocorrem quando as normas de projeto são utilizadas sem o devido cuidado. Um outro aspecto importante diz respeito ao fato de que em diversas passarelas analisadas observa-se que os critérios de conforto humano não são satisfeitos, demonstrando a importância da consideração dos efeitos dinâmicos provenientes dos seres humanos na análise desse tipo de problema.

No Brasil, o estudo a respeito das vibrações induzidas por pedestres em passarelas vem sendo realizado a partir do início dos anos 1990, para passarelas de concreto e de aço. No entanto, ainda não há registro de estudos desse tipo e a norma brasileira NBR 7190 (1997) de projeto de estruturas de madeira apresenta somente critérios de dimensionamento para carregamentos estáticos, no caso de passarelas de madeira. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo geral a análise teórica, numérica e experimental de passarelas de madeira simplesmente apoiadas, com vistas a propor recomendações de projeto relacionadas ao conforto humano nessas estruturas. Este estudo foi desenvolvido a partir da análise de diretrizes normativas e critérios sugeridos por diversos autores, da análise teórica de passarelas dimensionadas segundo os critérios da NBR 7190 (1997), de modelos numéricos construídos em elementos finitos e de ensaios experimentais em modelo reduzido. Entre as conclusões alcançadas, destaca-se que a formulação de Euler-Bernoulli é adequada para o cálculo da primeira frequência natural nas direções transversal vertical e transversal horizontal em passarelas de madeira simplesmente apoiadas; entretanto, especial atenção deve ser dada para a avaliação da rigidez à flexão na direção transversal horizontal. Finalmente, sugeriu-se uma proposta para verificação do estado limite de serviço devido às vibrações induzidas por pedestres em passarelas de madeira simplesmente apoiadas, no tocante ao cálculo de frequências e acelerações, a ser inserida na futura revisão da norma brasileira de projeto de estruturas de madeira. / In Brazil, studies about pedestrian-induced vibrations on footbridges have been carried out since the early 1990s, for concrete and steel footbridges. However, there is no record of such studies and the brazilian standard NBR 7190 (1997) for the design of timber structures only presents design requirements for static loads, in the case of timber footbridges. Therefore, this paper aims to general theoretical analysis, numerical and experimental simply-supported beams timber footbridges, with a view to proposing recommendations for projects related to human comfort in these structures. This study was developed from the study of standards guidelines and criteria suggested by several authors, the theoretical analysis of footbridges design according to the criteria of the NBR 7190 (1997), numerical models using finite element and experimental tests on reduced model. Among the conclusions reached, it is emphasized that the formulation of Euler-Bernoulli is suitable for calculating the first natural frequency in vertical and lateral directions simply-supported beams timber footbridges; however, special attention should be given to the evaluation of lateral bending stiffness. Finally, we have suggested a proposal serviceability limit state verification due to pedestrian-induced vibrations on simply-supported beams timber footbridges, concerning the calculation of frequencies and accelerations to be included in a future review of the brazilian standard for the design of timber structures.

The dynamic behaviour of lightweight footbridges is often susceptible to HumanInduced Loads (HILs). Generally HILs are taken into account as moving harmonicfunctions in which the loading frequency represents the step frequency of the pedestrians.In this way, there may be resonance if the loading frequencies fall within therange of the natural frequencies of the bridge, potentially compromising the serviceabilitylimit state of the structure. Therefore, it is important to understand how toaddress and model HILs in the context of lightweight and slender structures. Furthermore,interesting effects can be considered in the field of footbridge dynamics,such as the Human Structure Interaction (HSI) effect. The HSI effect can be understoodwithin a framework in which pedestrians behave as Tuned Mass Dampers(TMDs), possibly modifying the dynamic behaviour of the footbridge. In addition,the evaluation of the dynamic response of a footbridge is usually made through atime consuming dynamic analysis using the Finite Element Method (FEM). Mostof the analysis of this type of slender structures rely on a prescribed stationary harmonicloading scenario, and this is usually done in the context of a walking crowdevent and not much attention is given to running load events.The aims of this research project are to study the influence of running and walkingloads on the dynamic response of footbridges as well as to investigate and developa closed-form method in order to simulate the dynamic behaviour of footbridgessubjected to HILs. This has been achieved by comparing different approachesin order to simulate running load events for a small number of pedestrians withrespect to experimental results (Paper I). In addition, the simply supported beamand the clamped-clamped beam (Paper II) are studied when subjected to a movingharmonic load in a closed-form framework. Then, a comparison between normalwalking and normal running conditions is made. Finally, a general closed-formsolution for the moving harmonic load problem (Paper III) is developed using the2D Bernoulli–Euler beam theory for a continuous beam system on elastic supports.The results from the study indicate that running is more critical than walking fora single pedestrian crossing, despite the fact that it is easier to achieve a steadystate condition in a normal walking event than in a normal running event. Finally,the general solution of the moving harmonic load problem is found and it can beused to solve any load spectra in the time domain, with its static component, for ageneral multi-span beam system. / Slanka och lätta gångbroar är ofta känsliga för dynamisk belastning från fotgängare.Dessa laster betraktas ofta som harmoniska funktioner där lastfrekvensenberor på stegfrekvensen. Resonans kan uppstå om stegfrekvensen sammanfallermed någon av brons egenfrekvenser vilket potentiellt kan överskrida föreskrivnavibrationsnivåer. Kännedom om dynamisk fotgängarlast är därför viktig, framföralltför dynamiskt känsliga konstruktioner. Samverkan mellan fotgängare ochbro kan också ge upphov till intressanta samband. Fotgängarna kan i detta sammanhangliknas med en massdämpare som kan ändra brons dynamiska egenskaper.Dynamiska analyser av gångbroar utförs ofta med FEM-analyser som kan varatidskrävande. Vanligen baseras analyserna på föreskrivna stationära harmoniskalaster, ofta baserat på gånglaster och sällan med beaktande av löparlaster.Syftet med denna uppsats är att undersöka inverkan av löpar- och gånglasters inverkanpå gångbroars dynamiska respons samt att utveckla en analytisk metod föratt simulera dessa laster och dess respons på broar. Detta har utförts genom attjämföra olika sätt att simulera löparlaster och jämföra broresponsen med experimentelldata (artikel 1). En analytisk lösning för rörliga harmoniska laster redovisasför fallet fritt upplagd och fast inspänd balk (artikel 2), med vilken inverkan av gångochlöparlaster jämförs. En mer generell analytisk lösning för rörliga harmoniskalaster (artikel 3) baseras på Bernoulli-Euler balkteori för kontinuerliga balkar påeftergivliga upplag.Resultaten från föreliggande arbete visar att för en enskild fotgängare är fallet medlöparlast mer kritiskt än gånglast, trots att det är lättare att uppnå ett fortvarighetstillståndför gånglaster jämfört med löparlaster. Den generella lösningen för rörligaharmoniska laster som redovisas kan användas för att lösa godtyckliga lastspektrai tidsdomän, inklusive dess statiska komponent, för generella balkar. / <p>QC 20210302</p>

The aim of this diploma thesis is to propose the Town Hall for the city part Brno-sever (Brno-Nord). The Town Hall is placed in a newly designed urban structure, which is located on the territory of today's barracks in Černé Pole. The locality is located in the imaginary geometric center of the city and because of it the site is becoming a convenient location for the Town Hall. The main aim was to create the Town Hall changing during the time, which would respond to the additional larger footprints to the place and would respond to the adding further spaces not only with the function using for the purposes of the Hall. The new Town Hall is designed to enrich the urban space.