Naukowcy z dofinansowaniem w ramach konkursu MINIATURA - dr inż. Anna Banaś | Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej

W dzisiejszych czasach, szczególnie w dużych aglomeracjach miejskich, potrzeby transportowe wciąż rosną. Obiekty inżynierskie, takie jak kładki dla pieszych, zapewniają bezkolizyjne skrzyżowanie ruchu pieszego z drogami, szlakami kolejowymi i wodnymi. Ich konstrukcje są zazwyczaj smukłe i wizualnie lekkie. Wynika to zarówno z trendów architektonicznych, jak i przede wszystkim nowoczesnych możliwości projektowych. Kładki dla pieszych, oprócz walorów funkcjonalnych, mają również za zadanie przyciągać uwagę lub stać się charakterystycznym elementem krajobrazu. Ze względu na stosunkowo niewielkie obciążenie ruchem pieszym, kładki nie wymagają dużych, sztywnych przekrojów elementów konstrukcyjnych. Pozwalają na to przede wszystkim zastosowane nowoczesne materiały o wysokiej wytrzymałości oraz zwiększone możliwości i dokładności obliczeń np. z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES). Wpływa to na realizację spektakularnych projektów, charakteryzujących się niekonwencjonalnymi schematami statycznymi. Często jednak projektant, koncentrując się na formie, nie dostrzega ryzyka związanego z niewłaściwym zachowaniem dynamicznym kładki w trakcie eksploatacji. Najbardziej znanym przykładem jest Most Milenijny w Londynie i Most Solferino w Paryżu. Tym samym obciążenia dynamiczne należą do najbardziej niebezpiecznych i nieprzewidywalnych zagrożeń, jakim mogą zostać poddane nowoczesne kładki dla pieszych.

W ostatnich latach włożono dużo wysiłku w opracowanie modeli pieszego i procedur analitycznych umożliwiających wyznaczenie odpowiedzi dynamicznej kładki. Podczas drgań kładki dla pieszych dochodzi do pewnej formy interakcji człowiek- konstrukcja (human-sturcture interaction w skrócie HSI). HSI jest złożonym zjawiskiem, w którym piesi i kładka jako sprzężone ze sobą systemy mechaniczne oddziałują na siebie w dwojaki sposób: zmiany właściwości konstrukcji prowadzą do zmian chodu ludzi i odwrotnie. Wciąż jednak najpopularniejszym i najprostszym sposobem modelowania obciążenia pieszym jest przyjęcie go jako bezmasowych sił skupionych. Jednakże analizy dynamiczne wykorzystujące jedynie modele sił, nie mogą uwzględniać dynamicznych efektów mechanizmu ciała ludzkiego i wynikającego z tego HSI.

Celem projektu jest zaproponowanie mechanicznego modelu dwunożnego pieszego, który będzie w stanie pokonać ograniczenia modeli istniejących w literaturze. Nowy model, posiadający masę ciała ludzkiego, będzie sprzężony z trójwymiarowym modelem MES konstrukcji kładki poprzez dwa układy sprężynowo-tłumiące symulujące nogi. Głównym założeniem jest wyprowadzenie modelu samowzbudnego zdolnego do symulacji chodu człowieka, z odwzorowaniem zarówno wzajemnej rotacji nóg, jak i sekwencji faz pojedynczego i podwójnego podparcia. Model ten zostanie zwalidowany w oparciu o wyniki uzyskane w badaniach eksperymentalnych. Wprowadzone nowe i ulepszone sposoby modelowania pieszego dwunożnego pozwolą na lepsze oszacowanie parametrów dynamicznych konstrukcji, już na etapie projektowania, a tym samym pozwolą na optymalizację procesów projektowych w przyszłości.

Część analiz dr inż. Anna Banaś planuje przeprowadzić w ramach stażu otrzymanego w konkursie MINIATURA 7 na Politecnico di Milano. Pracę będzie tam prowadzić pod okiem Profesor Marii Gabrielli Mulas, która jest cenionym autorytetem z zakresu modelowania obciążenia pieszymi na kładkach oraz dynamiki kładek dla pieszych.