Human induced vibrations on cantilever type structures | Cilvēku izraisīto svārstību ietekme uz konsoles veida konstrukcijām

English. Typical steel towers are usually subjected to wind loads. In the case of sightseeing towers with lattice steel structure core and low natural frequency of the structure, human and structure interaction could play role in the tower design. This paper analyses the response of the tower structure to the excitation caused by human movement to guarantee the acceptable levels of human comfort and safe operation of the tower. There are different adopted levels of the structure and human behaviour synchronization and its effect on the whole structure. This synchronization phenomenon should be taken into account, because people respond instinctively to oscillation of a structure at a frequency which is close to that of a man’s natural movement. This paper provides the analysis of possible mode shapes of the existing 34 meter high steel core sightseeing tower structure. The paper gives recommendations for the maximum number of people allowed on the existing structure to ensure safe operation of the tower. The dynamic performance is established through the finite element modelling of the analysed structure.

Latvian. Tērauda torņi galvenokārt tiek aprēķināti uz vēja slodžu iedarbi, neņemot vērā cilvēku slodzi. Tērauda skatu torņiem, kas ir samērā vieglas konstrukcijas, cilvēku masas un pārvietošanās izraisītās slodzes var būtiski iespaidot gan pašsvārstību frekvences, gan svārstību amplitūdas un paātrinājumus. Tāpēc, projektējot tērauda skatu torņus ar režģotu karkasu un zemu pašsvārstību frekvenci, nepieciešams izvērtēt mijiedarbību starp cilvēkiem un konstrukciju. Drošas ekspluatācijas un pieļaujama cilvēku komforta nodrošināšanai rakstā tiek analizēta torņa konstrukcijas darbība cilvēku kustību izraisīto slodžu ietekmē. Cilvēki pārvietojoties rada dinamiskas, laikā mainīgas slodzes vertikālā, garenvirzienā un šķērsvirzienā, kuru frekvences ir tuvas konstrukcijas pašsvārstību frekvencēm. Uz torņu konstrukcijām būtiskāko iespaidu atstāj garenvirziena un šķērsvirziena slodzes, pie kam pirmās izraisa torņa vērpes, bet otrās - šķērssvārstības. Gājēju izraisītajām slodzēm raksturīgs sinhronizācijas efekts - cilvēki instinktīvi reaģē uz konstrukcijas kustībām gadījumā, kad konstrukcijas pašsvārstību frekvence ir tuva cilvēku dabisko kustību frekvencei. Apskatīti dažādi cilvēku uzvedības un konstrukcijas darbības sinhronizācijas līmeņi, kā arī to iedarbība uz konstrukciju kopumā. Darbā analizētas iespējamās svārstību formas esošam 34 metru augstam skatu tornim ar režģotu tērauda karkasu. Konstatēts, ka skatu torņa pašsvārstību frekvences ir būtiski atkarīgas no apmeklētāju skaita. Aprēķinu rezultāti rāda, ka pie mazas slodzes (mazs cilvēku skaits) diskomfortu var izsaukt vērpes svārstības. Palielinoties slodzei, vērpes svārstību pašsvārstību frekvence iziet no cilvēku kustībai raksturīgā frekvenču diapazona un aktuālas kļūst svārstības šķērsvirzienā, kuru pašsvārstību frekvences mazas slodzes gadījumā ir ārpus bīstamo frekvenču diapazona. Analīzes rezultātā iegūtas rekomendācijas maksimāli pieļaujamam cilvēku skaitam, kurš var vienlaicīgi atrasties uz torņa, ar mērķi garantēt konstrukcijas ekspluatācijas drošību un komfortu. Analizējamās būves dinamiskās īpašības noteiktas, izmantojot galīgo elementu modelēšanas paņēmienu.