砼连续箱梁人行天桥振动特性测试与分析

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1、砼连续箱梁人行天桥振动特性测试与分析1，21张冠华、葛耀君(1.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;2.辽宁省交通勘测设计院,辽宁沈阳110005)摘要:以某座普通钢筋砼连续箱梁人行天桥为工程背景，通过对其振动特性进行大量实测试验，利用有限元理论对结构整体进行计算，深入分析其大幅度竖向、侧向振动的成因，结合实测数据探讨现行人行桥振动舒适度评价方法所存在的不足之处，评价天桥的舒适程度，为该桥的质量检测与评价提供依据，并提出了人行天桥振动舒适性评价建议。这为今后对该类桥梁的设计、维修加固具有实际参考价值。关键词

2、:人行天桥、固有频率、人致振动、振动测试、共振中图分类号:U448.11U441.3文献标识码:A1引言人行天桥方便行人穿越公路，属于城市桥梁，必须注重其安全性和舒适性。考虑人行天桥影响整个城市的景观，在满足结构承载能力的前提下，其型式往往被设计得轻型化、简洁、美观。但当人行天桥的自振频率过低，与行人频率接近,就容易引起共振，造成其振幅过大，影响结构安全和正常使用。如果结构振动超过人体舒适度承受能力时,就会造成行人的恐慌心理。通常情况下，人行荷载主要是对桥面的竖向激励，但人步行时也会产生周期性的水平侧向荷载，导致人行天桥的侧

3、向振动。但该问题一直以来没有引起工程界足够的重视，而近［1］年来一些新建的大跨度人行桥相继发生了行人引起的大幅度侧向振动问题。著名的英国伦敦千禧桥为81+144+108m三跨连续梁悬索桥，于2006年6月10日开放交通当天就由于行人引起了大幅度侧向振动，严重地影响到行人的步行舒适性及安全性，产生显著的步行“集体同［2］步”现象。我国的人行天桥建设起步相对较晚，对其振动使用性问题重视程度不够，但我国行人众多，随着人行天桥呈现大跨度、轻型化的特点，人群荷载所引起的振动使用性问题会更加严重，而国内对此问题鲜有研究。通常情况下，砼箱

4、梁桥较少存在频率较低的情况，但如果未充分考虑结构的特点，也可能出现共振问题。本文就沈阳市某砼连续箱梁人行天桥出现的振动问题，具体分析了桥梁振动的原因及行人对天桥振动的影响,给出了定量评价,并在此基础上提出一定建议。该工程实例对于此类结构所存在的振动问题解决具有指导意义。2现行设计规范人行桥的使用性问题始于上世纪70年代，一些学者对人致竖向振动进行了一系列的研［3］究。各国规范根据这些研究成果，都不同程度地考虑了人致振动使用性问题。由于人群荷载具有显著的周期性和卓越频率，人行天桥振动的本质是一个多阶动力谐响问题，因此规范主要从

5、避免发生共振的角度考虑，采用的基本方法有频率调整法和动力响应分析法两种[4]。频率调整法是指在设计阶段尽量调整结构主要振动频率避免落入人体激励频率所覆盖的范围，该方法认为当结构竖向振动基频大于该界限值时人致振动问题不会发生，无需再专门考虑。由于其方法简单，概念明确，因此大多数规范都首先考虑频率调整法。BS5400（1978）、EN1990等认为当竖向振动基频大于5Hz时可不考虑人致振动问题。美国AASHTO规范和我国规范都要求竖向振动频率基频应大于3Hz。动力响应分析法通常是以共振情况下桥梁结构上所产生的最大响应来评估其振动

6、使用性，确保在步行荷载作用下的桥梁振动响应不超过舒适度界限值。舒适度界限值一般采用加1速度的最大值或均方根值。BS5400（1978）规定，如果人行天桥竖向振动频率小于或等于5[5]时，需要检算桥上任意位置的竖向振动加速度峰值；瑞典规范Bro2004则规定人行桥如果竖向振动频率小于或等于3.5时，需要检算桥上任意位置的竖向振动加速度均方根值；加拿[1]大安大略省规范（OHBDC,1991）要求检算竖向振动加速度峰值。[6]《城市人行天桥和人行地道技术规范》作为我国人行天桥设计所主要依据的规范，其中采用了频率调整法考虑了人行天

7、桥上部结构的竖向振动情况，要求竖向频率大于3Hz，但该规范没有对不能满足规范要求的人行天桥的振动使用性评价提供进一步的建议和方法，并且在人行天桥的侧向振动使用性问题上仍处于空白阶段。3现场实测试验该人行天桥全桥共计八孔,跨径总长211.88m。上部结构：第1、5、8孔分别为L=21.91m、L=23.0m、L=7.01m简支II型梯梁，梁高分别为1.3m、1.3m、0.75m；第2～4孔为21-31.5-30m等高度钢筋混凝土连续箱梁，梁高1.3m，第6、7孔为2X35m变高度钢筋混凝土连续箱梁。上部结构的施工采用满堂支架就

8、地浇注。下部结构：0、8号台为实体桥台，1～7号墩为单圆柱式桥墩，直径0.8m；2～4号墩基础为直径2.5m挖孔桩基础，其余为扩大基础，结构形式如图21、2所示。基础置于圆砾土层。第2～4孔桥梁下有火车通行。设计荷载：人群荷载：4.5KN/m。图1天桥立面图图2天桥横断面图据当场行人反映，