Studio e sviluppo di una passerella modulare tipo Warren-Truss per attraversamenti pedonali fino a 20m
Creators: name: Riva, Matteo
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: bridge
construction
standards

description: Questo lavoro ha l'obiettivo di progettare e dimensionare i componenti di una passerella pedonale modulare di tipo Warren-Truss, destinata ad attraversamenti fino a 20 metri. Poiché la struttura sarà utilizzata in Svizzera, il progetto fa riferimento alle norme SIA, che regolano le costruzioni civili nel Paese; inoltre, deve rispettare le specifiche tecniche del progetto. Le richieste impongono una larghezza calpestabile di 1,6 m e un'altezza interna minima di 2,3 m, oltre a essere in grado di sostenere un carico uniforme di 2,5 kN/m². Deve inoltre resistere a condizioni atmosferiche avverse, come raffiche di vento fino a 160 km/h e nevicate con accumuli fino a 70 cm, con una densità di 4 kN/m³. L'obiettivo è sviluppare un sistema modulare adattabile a diverse lunghezze di attraversamento. È stato scelto di realizzare una passerella pedonale tipo Warren Through-Truss, in cui il piano di transito si trova nella parte inferiore della struttura, all’interno della struttura formata dai tralicci. La passerella è costituita da moduli di 3 m di lunghezza, che possono essere assemblati per coprire la distanza desiderata. Una particolare attenzione è stata posta nell'analisi dei giunti, che permettono di collegare tra di loro le barre costituenti la travatura reticolare della struttura. Mediante ricerche volte a comprendere le varie tipologie di strutture, le criticità e le norme in uso per la loro progettazione; è stato possibile dimensionare e valutare le parti formanti questa struttura. Si è adattato un metodo che comprende sia l’uso di metodologie di calcolo analitiche sia risolutori FEA statici e dinamici. Da queste analisi è emerso che per le sollecitazioni presenti in questa struttura, non è possibile realizzare i giunti mediante stampaggio ad iniezione di materiali termoplastici rinforzati con fibre. In quanto, a causa dello spessore massimo di stampaggio pari a 5 mm, le sollecitazioni a cui sono soggetti superano i limiti ammissibili per i materiali considerati. I polimeri considerati hanno una resistenza allo snervamento pari a 190 MPa. Resistenza che in condizioni di utilizzo, esposizione al sole e al calore, diminuisce fino a 110 MPa (60°C). Di conseguenza, sono stati sviluppati giunti in acciaio S355, con uno spessore di 10 mm, collegati alle barre del telaio della passerella, anch’esse in S355; con una sezione quadrata di 100x100 mm e spessore di 6 mm. I collegamenti avvengono mediante perni e viti di spallamento. L'acciaio S355 è stato scelto per il suo buon rapporto tra prestazioni meccaniche, disponibilità di profili e facilità di lavorazione. Gli elementi di collegamento sono invece realizzati in acciaio inossidabile e acciaio per bulloneria, dimensionati in base alla diversa distribuzione delle sollecitazioni nella struttura. Questi collegamenti permettono di ottenere una struttura semplice da assemblare e resistente ai carichi di trazione e compressione presenti nella travatura reticolare. Per evitare smontaggi accidentali, gli elementi di collegamento sono fissati con dadi e ghiere autobloccanti. Il risultato finale è una passerella lunga 21 metri, composta da 7 moduli assemblati, con una sagoma interna libera di 1,6 m di larghezza e 2,3 m di altezza. La passerella presenta una freccia massima in flessione di 11 mm, pari a un terzo del limite massimo ammissibile secondo le normative. Per proteggere la struttura dagli agenti atmosferici, i componenti del telaio, comprese barre e giunti, sono sottoposti a zincatura a caldo per prevenire la corrosione. ___ This work aims to design and size the components of a modular pedestrian bridge of the Warren-Truss type, intended for crossings up to 20 meters. Since the structure will be used in Switzerland, the project adheres to the SIA standards, which govern civil constructions in the country; additionally, it must comply with the project's technical specifications. The requirements include a walkable width of 1.6 meters and a minimum internal height of 2.3 meters, as well as the ability to withstand a uniform load of 2.5 kN/m². It must also resist adverse weather conditions, such as wind gusts up to 160 km/h and snowfalls with accumulations up to 70 cm, with a density of 4 kN/m³. The goal is to develop a modular system adaptable to various crossing lengths. A Warren Through-Truss pedestrian bridge was selected, in which the walkway is located at the bottom of the structure, within the framework formed by the trusses. The bridge consists of 3-meter-long modules that can be assembled to cover the desired distance. Particular attention was given to analysing the joints that connect the bars constituting the structure's latticework. Through research aimed at understanding the various types of structures, their criticalities, and the design standards in use, it was possible to size and evaluate the components forming this structure. A method was adapted that includes both the use of analytical calculation methodologies and static and dynamic FEA solvers. These analyses revealed that, due to the stresses present in this structure, it is not possible to create the joints by injection moulding of Fiber-reinforced thermoplastic materials. Due to the maximum moulding thickness of 5 mm, the stresses exceed the permissible limits for the materials considered. The polymers considered have a yield strength of 190 MPa, which decreases to 110 MPa (at 60°C) under operating conditions, exposure to sunlight, and heat. Consequently, S355 steel joints with a thickness of 10 mm were developed, connected to the bridge's frame bars, also made of S355 steel, with a square section of 100x100 mm and a thickness of 6 mm. The connections are made using pins and shoulder bolts. S355 steel was chosen for its good balance between mechanical performance, profile availability, and ease of processing. The connecting elements, on the other hand, are made of stainless steel and bolting steel, sized according to the different stress distributions within the structure. These connections allow for a structure that is easy to assemble and resistant to the tensile and compressive loads present in the latticework. To prevent accidental disassembly, the connecting elements are secured with self-locking nuts and washers. The final result is a 21-meter-long bridge, consisting of 7 assembled modules, with a clear internal profile of 1.6 meters in width and 2.3 meters in height. The bridge has a maximum deflection of 11 mm, one-third of the maximum permissible limit according to the regulations. To protect the structure from weather conditions, the frame components, including bars and joints, are hot dip, galvanized to prevent corrosion.