三跨连续钢结构人行天桥自振频率分析与计算.pdf

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1、第6期(总第163期)2012年12月中网彳放工靠CHINA1VIUNfCIPALENGINEERINGNO．6(SeriaINo．163)Dec．2012DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．06．011三跨连续钢结构人行天桥自振频率分析与计算石成，麻广林，蒋发(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东青岛266071)摘要：以青岛市某三跨连续钢结构人行天桥为例，采用有限元软件建立人行天桥模型。分析人行天桥在上部结构及下部结构刚度变化的情况下．桥梁1阶白振频率的变化情况。提{{{了设汁中如何控制A振频率的方法。关键词：三跨连续钢结构；人行

2、天桥；自振频率中图分类号：U448．11文献标志码：A文章编号：1004—4655(2012)06—0032—02城市人行天桥主要活荷载为人群荷载，行走作用下的振动是人行天桥在正常使用极限状态设计中所需要考虑的重要问题。我国现行规范CJJ69—1995《城市人行天桥与人行地道技术规范》(以下简称《规范》)2．5．4条规定：“为避免共振，减少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应<3Hz。”《规范》对此规定无相关解释性条文。本文以青岛市某三跨连续钢结构人行天桥为例，采用有限元软件分析人行天桥在上部结构及下部结构刚度变化情况下桥梁1阶自振频率的变化情况。1桥梁人行荷载特点

3、及设计规范1．1人行荷载特点人行激励振动的特性取决于人行荷载的特殊性。人的行走由连续的步子形成，具有周期性。这种周期性激励在竖向和侧向都可以用傅里叶级数的形式表示，级数中高阶频率是基频的整数倍，但基频的大小在竖向和侧向不同。竖向振动由人行走时重心的上下起伏对桥面产生的垂直方向上的动力荷载引起。行人的正常行走步频介于1．6Hz(慢走)和2．4Hz(快走)之间，平均值大约是2Hz(2步·s一)，且标准差较小¨1。因此，人行竖向激励的傅里叶级数的基频大约是2Hz，其他主要频率成分有4Hz、6Hz和8Hz。理论上，当人行天桥的自振频率落在人行激励基频(2Hz)或高阶频率(4Hz，

4、6Hz)附近时，人行天桥就可能发生共振。但由于结构阻尼的存在，只有当人行荷载具有足够的能量时，共振才会真正发生∽j。凶此我国《规范》对收稿日期：2012—08—17第一作者简介：石成(1981一)，男，工程师，工学硕士32于天桥上部结构竖向自振频率≥3Hz的规定有其理论依据。1．2有关设计规范各国规范。引对于人行天桥自振频率的规定也有所不同。欧洲国际混凝土委员会规范CEB(1993)和瑞士规范SIAl60(1989)建议避免使人行天桥的竖向振动固有频率．兀落在1．6～2．4Hz和3．5～4．5Hz的范围内。这些限制是基于正常的人行步频处于1．6-2．4Hz，其2阶谐波频率

5、在3．2～4．8Hz之间的假设。日本规范仅要求五不应落在1．5～2．3Hz范围之内，日本规范与我国规范要求基本一致，即限制人行天桥固有频率不应处于人行步频基频范围内。2工程介绍本文计算桥梁为i跨连续钢结构箱梁，跨径组合为(30+47+30)m，两侧接引桥，采用牛腿型式进行搭接，牛腿长度2．4m。下部结构为桩柱式基础，结构模型见图1。墩图1三跨连续钢结构人行天桥其中2号桥墩与上部结构主梁同结，其余桥墩与上部结构问均采用单向活动支座支撑。上部结构横断面见图2，牛腿处构造见图3。匾5---u,””。1’。’’∥＼r一1口

6、n／．．√t。J，中国彳丛工婀石成，麻广林·蒋发：i跨连

7、续钢结构人行天桥自振频毫坌析与计算2012年第6期图3人行天桥上部结构牛腿处构造3影响桥梁自振频率的因素与计算结果3．1影响桥梁自振频率的因素用能量法近似求解结构的白振频率的公式见式(1)：：=—J：：EI[Y'—(x)]2dxJ：：_[】，(x)]2dx式中：∞为圆频率，／5石，厂为频率；，为桥梁跨度；E为截面弹性模量；I为截面的惯性矩；荆为位移形状函数，与桥梁跨度Z成反比；丽为平均质量。由式(1)可以看出在桥梁跨度不变的情况下，箱梁的频率与以下因素有关。1)截面抗弯刚度。√日与频率成正比，其中田为截面的抗弯刚度。E为截面弹性模量，，为截面的惯性矩。相同材料桥梁，越大，

8、其白振频率越大；而截面的惯性矩主要与截面高度有关，截面高度越大，惯性矩越大。因此，增大截面高度是人行天桥降低频率的有效方法之一。2)箱梁质量。采用钢箱梁可降低桥梁自重，同时降低桥梁的自振频率。3)边界条件。根据《规范》中2．5．4规定，桥梁上部结构竖向自振频率≥3Hz。但当桥梁上部结构与下部结构固结时，位移形状函数№)受下部结构刚度影响较大。因此，对于不同刚度的下部结构的桥梁，其整体结构的自振频率存在较大差别。3．2计算结果1)上部结构刚度与自振频率的关系。在上部结构抗弯刚度EI变化(加劲肋及横隔板不变，梁高和板厚变化)的情况