四川绵阳安昌河人行景观桥的横向振动与动力设计

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1、2012年8月第8期城市道桥与防洪桥梁结构205四川绵阳安昌河人行景观桥的横向振动与动力设计李胜才，刘士践(林同楼国际工程咨询(中国)有限公司广卅1分公司，广东广州510170)摘要：随着人行桥跨度的不断增大以及对桥梁美学和城市景观的追求，人行桥的基频不断降低，其振动及带来的行走舒适性问题也相继日益突出。结合一梁拱组合体系的人行景观桥，对人行桥人致振动的理论及动力设计方法进行探讨。关键词：人行桥；人致振动；动力设计；减振设计中图分类号：U441+．3文献标识码：B文章编号：1009—7716(2012)0

2、8—0205一o4桥梁开放或者重大活动时，桥上行人会激增，桥梁1项目背景管理者应事先采取预案，控制桥上行人数。四川绵阳安昌河人行景观桥跨越安昌河，连提高结构刚度的目的是提高结构自振的基频，接御营坝片区与百盛广场，是连接两岸的重要交使之避开人桥振动的敏感频率范围。在现有材料通线。桥位处河道宽约为200m，桥梁采用结构形水平下，如果不改变结构形式，增加刚度的同时往式为28+50+100+50+28=256(m)预应力混凝土梁拱往质量也随之增加，结果自振频率(等于刚度除以组合体系桥，桥宽5m，主桥立面布置见图1

3、。质量再开方)提高很有限。因此提高刚度往往是不经济的和效果有限的一种方法。2人致振动的基本原理及控制方法增加结构阻尼是已发现有过量振动的既有人2．1人致振动的基本原理行桥普遍采用并行之有效的方法。主要措施有：调人类行进过程中，两下肢交替运动，带动整个谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)和单身体前进。正常行走时，脚跟先着地，然后脚尖离独使用黏滞阻尼器等3种。地迈进，每步都有一个短暂的双脚同时与地面接本文将通过增加结构阻尼的方法对控制人行触的过程。奔跑的特点是始终脚尖先落地，并且没桥振动这一课题进

4、行探讨。有双脚同时与地接触的过程。无论是步行还是跑3人致振动仿真分析步，每迈一步行人的重心都会高低起伏一次。重心变化产生的加速度，使每一步的竖向荷载都具有3．1动力特性分析双峰的性质。步行者没有腾空过程时程曲线是连结构的动力特性是进行抗震、抗风等动力分析续的，跑步的时程曲线则是一个个间断的半波。除的基础，而计算模型的选取又直接影响到结构的竖向力外，行人的双腿交替运动，也导致人的重心动力特性。因此，计算模型着重于结构刚度、质量左右摆动，因此也有横向力。由于行人重心每两步和边界条件的模拟，使之与实际结构相符。

5、安昌河左右摆动一次，因此横向步行力的频率正好是竖人行景观桥简化后的动力有限元模型如图3所向步行力的一半。为克服地面摩擦力前进，行人荷示。载也有纵向力分量。图2是典型的正常行走时的对桥梁做模态分析，计算桥梁的各阶固有频率步行力时程曲线。及对应的振型。表1列出了通常比较关注的桥梁2．2人行桥振动的控制振型的特征值。控制人行桥振动的途径一般有3个：控制桥由表1可知，该桥一阶横向固有频率为0．99Hz，上行人数、提高结构刚度和增加结构阻尼。根据《德国人行桥设计指南)(EN03(2007))规定，对设计人行桥时，一

6、般应依据当地实际情况正横向一阶固有频率在0．5～1．2Hz的人行桥，需要常使用条件下的桥上行人密度。目前一般认为验算结构在高稠度行人荷载作用下f1．5人／m2)的1．5人，m是可容许的最大密度，在此标准下，人行结构峰值加速度响应。桥一般不会发生过大的导致行人不舒适的振动。3．2人行激励下横向振动响应本文基于目前的国内外的相关标准及研究成收稿日期：2012一o4—01果，对安昌河人行景观桥在人行激励下的横向动作者简介：李胜才(1981一)，男，硕士，广东罗定人，工程师，从事桥梁结构设计工作。力响应进行仿真计

7、算，主要计算以下两种工况：206桥梁结构城市道桥与防洪2012年8月第8期N／厦器们肋O如图1绵阳安昌河人行景观桥立面图(单位：cm)(1)按照1．5人／m的人行密度，所有人按照结800构横向基频无相位差行走；480世(2)按照1．5人／m的人行密度，行人步频服从l60N(0．99，0．15)的正态分布，相位随机。0．25o．50o．75时间／s其中，第一工况是在高稠密度行人荷载作用下(a)竖向力结构响应最大工况，在该工况下，结构受到与自身固有频率相同的外力激扰，很快进入共振状态，对结构来说，这是最恶劣工

8、况。第二工况是结构在高：／稠密度人行荷载作用下结构响应最小工况，因为．·／。。＼八．。该工况没有考虑当桥梁发生振动时，行人自动调整步频与相位，以适应桥梁振动的“锁定”现象。桥梁在高稠度行人荷载作用下实际响应值应}／。·。。·。、、。·介于两种工况之间。鉴于结构安全的重要性，本文将采用第一工况的分析结果进行评判。(b)侧向力3-2_1单人脚步荷载数学模型众多学者建立的各种脚步力荷载的模型都可l6O以用傅里叶级数的形式来表达，即：