Teräsrakenteisten katsomoiden värähtelymitoitus

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on tutkia ihmisten aiheuttaman teräsrakenteisten katsomoiden värähtelyn mitoitusta. Ihmisten toiminnan aiheuttama dynaaminen kuormitus voi aiheuttaa katsomorakenteissa merkittäviä värähtelyjä, jotka voivat johtaa ongelmiin rakenteen käytettävyyden tai turvallisuuden osalta. Tästä syystä katsomorakenteiden värähtelytasoja on rajoitettava rakenteen toiminnallisuuden varmistamiseksi. Tässä työssä on selvitetty katsomorakenteille soveltuvia mitoitusohjeita rakenteiden kelpoisuuden varmistamiseksi värähtelyn osalta sekä tutkittu staattisen mitoituksen taipuman yhteyttä värähtelymitoituksen tuloksiin.

Kirjallisuustutkimusta hyödyntäen on työssä tarkasteltu ihmisen aiheuttamaa dynaamista kuormitusta, rakenteiden värähtelyn yleistä teoriaa, rakenteiden värähtelytehtävien ratkaisumenetelmiä sekä katsomorakenteille soveltuvia värähtelymitoitusohjeita. Kirjallisuustutkimuksen perusteella on suoritettu FEM-laskentaa hyödyntäen värähtelymitoitus 36 katsomorakenteelle, minkä tuloksia on verrattu tapausten staattisen mitoituksen taipuman arvoihin.

Kirjallisuustutkimuksen avulla on tässä tutkimuksessa löydetty kaksi katsomorakenteille soveltuvaa värähtelymitoitusohjetta. Lisäksi laskennallisen tutkimuksen tulosten perusteella voidaan todeta, että staattisen mitoituksen taipuman arvon ja värähtelymitoituksen tuloksen välille voidaan johtaa yhteys. Staattisen mitoituksen taipuman arvoa on näin ollen mahdollista käyttää katsomorakenteen värähtelytasojen arvioinnissa rakenteen jänneväli ja mitoitusten massasuhde ottaen huomioon. Tutkimusten tuloksena saatuja sallitun taipuman arvoja voidaan hyödyntää tutkitulla alueella kevytrakenteisin tasoin ja yksinkertaisella pilari-palkkirakenteella toteutettujen tavanomaisten teräksisten katsomorakenteiden värähtelyteknisen toiminnan huomioon ottamiseksi esimerkiksi hankkeen esisuunnitteluvaiheessa.

The purpose of this thesis is to research vibration design of steel-built grandstands for human induced vibrations. Dynamic loadings induced by human actions can cause significant vibrations in grandstands which can lead problems with usability or safety. For this reason, it is important to limit the vibration levels in grandstands to secure the structure performance. In this thesis is discovered proper design guides to ensure serviceability of grandstands for vibrations and researched connections between bending value of static design and vibrations design results.

In literary research there has been studied human induced dynamic loading, basic vibration theory of structures, solution methods for structure vibration problems and proper design guides for grandstands vibration design. Based on the literature research there has been done 36 vibration design analyses using finite element method and compared the results with deflections of static design.

In this thesis has been found two vibration design guides for grandstands by literary research. From the results of calculation research can be noted in addition that there is connection between the deflection of static design and results of the vibration design. Thus, it is possible to use static design deflection value to estimate human induced vibration levels of the structure taking account of span length and designs mass ratio. The static design deflection limits of this research can be exploited for example preliminary design of conventional grandstands when it is built of simple beam-column steel structure with light weight surface.