浅谈大跨度人行桥舒适度评估与减振设计

随着城市综合体和城市交通的发展,钢结构人行桥广泛应用在地铁与城市快速路周围。钢结构人行桥趋向轻柔、大跨、低阻尼,在综合环境外部激励作用下可能会引起人行桥的过大振动,主要是桥上人行荷载引起的人行桥振动以及桥下车辆和地铁通过产生的地面振动引起的人行桥振动。不合适的振动会影响桥上行人的舒适度以及结构安全,需要结合人行桥的动力特性进行针对性的分析和减振设计。本文以上海某大跨度钢结构人行桥为例,建立舒适度评价标准,对人行荷载以及桥下车辆和地铁通过产生的地面振动引起的人行桥振动进行舒适度评估,进行相应的减振设计。结果表明,针对人行荷载采取的TMD减振措施以及针对地铁和车辆交通采取的桩-桥墩共同减振措施均可以满足本工程的舒适度设计要求。     

钢结构人行桥TMD减振分析及测试

钢结构人行桥在人行荷载作用下,会产生竖向振动。过大的振动不但会引起舒适度问题,还可能引发结构的安全问题。本文采用Midas Gen软件对上海市某人行桥进行人行荷载激励下的动力响应分析,对比安装经优化设计的TMD系统前后的结构振动响应,验证了TMD良好的减振效果。并对该人行桥进行安装TMD前后的对比振动测试,用加速度峰值、整体均方根值和连续均方根值评价了TMD的减振作用。     

TMD在钢结构人行桥减振中的应用分析

钢结构人行桥在行人荷载作用下易产生过大振动而不满足舒适度要求,因此需要采取措施来控制振动。本文通过对各国人行荷载规范进行对比及选取,考虑人桥耦合作用,对某人行桥结构进行行人荷载下的结构动力特性分析,对比了添加TMD前后结构的加速度响应,表明TMD系统减振效果显著。同时根据TMD原理,对TMD的质量比、阻尼系数等参数作用进行分析,可为类似工程提供参考。     

大跨钢箱梁人行桥振动响应分析与MTMD减振控制

人行桥的自振频率与行人步频接近时,容易发生人桥共振,本文以一频率处于行人步频范围内的大跨钢箱梁人行桥为例,考虑了随机行走、结伴行走和跳跃等11种荷载工况,研究了各工况人行荷载激励下人行桥的竖向振动响应,并针对不满足舒适度要求的工况,采用多调谐质量阻尼器(multiple tuned mass damper简称MTMD)对人行桥进行减振控制。结果表明,人行桥在无控状况下产生了较大的振动响应,其竖向加速度超过舒适度限值要求,而当在人行桥加装MTMD系统后,其振动响应大幅降低,减振效果达到70%以上,实现了人行桥在人行荷载激励下的舒适度控制要求。     

某人行桥人致振动分析及其舒适度评价

通过模拟人行随机荷载激励,分别采用四种人行荷载工况对一座既有钢结构人行桥进行了人致振动时程分析,从而更好地了解该人行桥在行人激励下的动力特性。考虑到现有人行桥的动力特点及对其振动舒适度评价方法的不足,提出了考虑结构双向耦合振动的舒适度评价方法,并对该桥进行了舒适度评价,证明了该桥在动力性能上存在的问题。这对人行桥人行荷载模拟、人行桥振动舒适度评价以及防振减振研究都具有参考借鉴意义。     

大跨铝合金人行桥人致振动分析及舒适性评价

铝合金人行桥因质轻、便于吊装施工等特点而成为人行桥设计新选择,但由于铝合金质轻、弹模低使得相比于钢结构人行桥更易出现振动舒适性问题。文中以三座大跨铝合金人行桥为对象,对行人质量影响下的结构振动基频及人致振动响应进行了分析,与同结构形式下钢结构人行桥进行了对比讨论,并结合各国振动舒适性规范对振动舒适性进行了评价。结果表明,铝合金人行桥因质量轻,相比于钢结构其振动基频对行人质量影响较敏感,设计中需考虑行人质量对降低结构基频的影响,从而使结构从超谐共振进入共振而产生过大振动,设计中建议适当提高结构振动基频以满足舒适性要求。     

大跨径人行桥人致振动舒适度分析

对于大跨径轻柔桥梁结构,在行人激励之下更容易发生大幅振动,引起舒适度问题。依托国内某大跨径人行桥,参考国外人行桥设计指南,通过有限元时程分析方法,计算获得不同荷载激励下结构最大加速度响应时程曲线,进行行人振动舒适度评价。另外,针对不同模态设计相应的TMD减振系统,并进行减振效果分析。     

人行桥调谐质量阻尼器设计

通过对某人行桥其人致振动响应最大加速度进行分析,进而针对结构第1阶模态进行TMD减振设计,对比分析了人行桥在相同人行荷载作用下安装TMD系统前后的振动响应,验证了TMD减振系统在人行桥结构上良好的减振作用。在此基础上,进行了被控结构-STMD系统鲁棒性分析。研究结果显示,由于人行桥结构的动力反应主要由第1阶模态控制,而且基本不存在重频率或者频率接近的情况,使用STMD即可达到较好的减振效果;质量比越大,鲁棒性越好,但一味增大质量比将降低效率和经济性。     

人行桥人致振动及TMD减振性能分析

随着钢结构人行桥的建设和发展,该类型桥梁的振动及人行舒适性问题也愈来愈突出。笔者结合国内外人行桥设计规范,利用有限元分析软件,对某大跨径人行廊桥进行了人致振动时程模拟分析,并根据该廊桥的最大加速度响应时程曲线及模态分析结果,设置了相应的TMD减振系统,进行了减振效果分析和舒适度评价,表明TMD减振系统对人行桥具有较好的减振效果,对类似桥梁减振设计具有一定的借鉴意义。     

基于不同规范下大跨钢箱梁人行桥动力响应分析

目前各国规范中规定的人行荷载模式并不统一,它们之间存在一定的差异性,现有不同规范下对人行荷载作用下人行桥动力响应的对比研究甚少。以一频率处在行人步频范围之内的大跨钢箱梁桥梁为例,对比研究了包括国际标准化组织ISO10137规范、德国EN03规范在内的五种不同规范人行荷载模式的动力响应。结果表明,在连续行走的工况作用下,不同的加载模式对人行桥产生的竖向加速度沿着跨度的变化趋势一致,都是先增大后减小,但总体而言,ISO10137规范给出的人行荷载模式对人行桥产生的加速度和位移响应较其他规范大,对于一些对振动舒适度要求较为严格的实际工程进行动力响应分析时建议首选;德国EN03规范荷载模式所产生动力响应对折减系数比较敏感,尤其是当外荷载在2.3～2.5Hz时,折减系数为零,该规范不再适用;在其余三种规范的荷载模式激励下,人行桥动力响应相对较小。