某钢桁架人行桥人致振动性能分析.pdf

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1、某钢桁架人行桥人致振动性能分析桥梁工程器BridgeEngineering赵银飞1，王春2，刘宝军2(1．宁波市城建设计研究院有限公司，浙江宁波315012；2．浙江科嘉桥梁检测有限公司，浙江宁波315199)摘要：以某钢桁架人行桥为例，从构造设计与动力特性方面分析了该类人行桥的人致振动病害，结合人行桥动力性能理论分析与实测结果，得出该桥病害产生的原因，并进行了加固设计；强调了人行桥应进行基于舒适度评价的动力性能设计的必要性，为同类型人行桥的设计及加固提供参考。关键词：钢桁架桥；人行桥；倒三角形；人致振动

2、；病害分析中图分类号：U448．1l文献标志码：B文章编号：1009—7767(2015)04—0029—04PerformanceAnalysisofPedestrian-inducedVibrationofaSteelTrussFootbridgeZhaoYinfei，WangChun，LiuBaojun在城镇化建设逐步走向更大规模、城市人口迅速增加的今天．城市正建设越来越多、风格迥异的景观人行桥。随着人行桥造型的不断创新，截面型式趋向轻巧化，建筑材料趋向轻型化，使各类人行桥常常出现典型的构造设计不足

3、，导致后期出现动力性能方面的病害。笔者针对某公园钢桁架人行桥的人致振动性能进行了分析，并以此为例阐述了该类人行桥的缺陷，为该类桥梁的设计与加固提供参考。1工程概况该人行桥位于某大型景观带公园内(见图1)，桥梁设计总长度为100m，全桥为不断缝的1整联，共15跨，纵向自西向东布置为：7．0m+3×7．5m+4x8．0m+lO．0m+2x7．0m+(6．5+5．2+1．“1．2)m。中间主要3跨(8m+10n件7m)跨越景观河道，标准横断面总宽为2．4m；横向布置为：0．2m栏杆+2．0m人行道+0．2m栏杆

4、。人行桥桥面铺装为防腐木；桥梁上部结构为倒三角形截面(见图2)，2根D=150mm上弦钢管纵梁通过腹杆与D=300mm下钢管纵梁正交相连；下部结构为D=300mln钢管立柱，下接单桩基础——预应力管桩PC-400(60)，桩长18m。该桥投入使用才2年，据行人反映，在其上正常行走时能明显感觉到上下颤动、左右摆动。尤其在主跨位置摆动明显。行人行走时有眩晕感，并感到恐慌。鉴于此管理单位及时对该桥进行封闭交通。并组织有图l某公园钢桁架人行桥实景图2某公园人行桥横断面图关单位对振动病害进行检测、分析与加固。2病害

5、原因分析2．1结构构造形式分析人行桥的振动病害主要根源往往是由先天性的设计构造决定的。如设计拟定的结构体系、跨径组合、截面形式等。2015年昂4期(7一)第33豢辛荭故_术29器桥梁工程BddgeEngineering该桥横断面截面形式采用的是倒三角形钢桁架截面。该截面造型美观，简洁轻巧，尤其适合桥面较窄的人行桥，近年来被广泛应用于公园或景观生态区小跨径的景观人行桥。三角形具有良好的面内稳定性，但是倒三角形则显得“头重脚轻”，空间受力不够稳定。倒三角形底部采用勿300mm的主钢管作为纵向主要受力构件，顶部

6、采用2根0150mm的上弦杆作为上缘纵向构件。并直接承受桥面荷载，使结构对称，受力明确，传力清晰，但是当桥面荷载不对称、人群偏向一侧通行时，则底部主钢管需要承受极大的扭矩。另外，该桥采用独柱基础．且墩柱顶又无强大横梁，空心钢管的抗扭性能较差，主钢管会将扭矩沿纵向传递。在长达100m的倒三角形截面连续钢桁架桥上。桥面人群随时变化的动力偏载也使得动力扭矩一直在纵向随机传递，扭转产生的振动响应相互作用．并不断放大，以致桥面扭转振动强烈，表现出动力性能很差，行人感觉极不舒适。2．2自振特性分析根据竣工图纸及实桥结

7、构测绘数据，采用有限元程序Midas／Civil2012建立由三维线性梁单元及桁架单元组成的空间有限元模型。利用有限元模型对结构进行动力特性分析，以了解桥梁的动力性能，并为结构改造提供依据。表l列出了结构前8阶的计算频率。表1结构前8阶计算频率从表1可知，桥梁自振频率较低，尤其是1阶频率为2．23Hz．并且前7阶振型均表现为平面外侧弯和扭转振型；平面外刚度较低，尤其是整体抗扭刚度较低。人行步伐的频率通常在2Hz左右，当结构低阶竖向自振频率处于1．6～2．4Hz、侧向频率处于0．8～1．2Hz范围内时桥梁在

8、人行荷载作用下振动往往过大【11。该桥1阶频率与步伐频率接近．易诱发扭转振型，影响行人30啼荭投木2015No．4(Jul．)V01．33舒适度。在行人足够多的情况下易发生人桥共振。2．3结构时程分析为了进一步分析该桥的振动特性，还需要对其在人行荷载作用下的动力响应进行分析。计算中，桥梁的阻尼比取实测值为0．0325．且不考虑行人自身的质量及阻尼对结构振动的影响。采用基于强迫振动理论的人行桥人致振动分析方法，以人群同步过桥为计