論文鋼結(jié)構(gòu)人行天橋舒適度設(shè)計及其控制

1、鋼結(jié)構(gòu)人行天橋舒適度設(shè)計及其控制作者：趙光偉來源：科技與創(chuàng)新2015年第13期摘 要：鋼結(jié)構(gòu)天橋是寬度為612 m、跨度在2740 m之間的鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，通常采用封閉式外圍護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范，人行天橋豎向自振頻率需3 Hz，以滿足舒適度的要求，已成為鋼結(jié)構(gòu)人行天橋的主要設(shè)計控制因素。通過彈性時程分析得出的激勵荷載、橋面系的質(zhì)量比、結(jié)構(gòu)動力時程響應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，分析了滿足舒適度要求的最小橋面系質(zhì)量，并以此作為結(jié)構(gòu)舒適度設(shè)計的補(bǔ)充控制指標(biāo)。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；人行天橋；人行激勵；舒適度中圖分分類號：U4441+.3 文獻(xiàn)標(biāo)標(biāo)識碼：A DDOI：10.159913/j.ccnki

2、i.kjjycxx.20015.13.0011隨著我我國高鐵鐵四縱四四橫骨干干網(wǎng)的建建成，未未來高鐵鐵發(fā)展將將以大都都市區(qū)市市郊通勤勤鐵路和和城市群群城際鐵鐵路為主主。因此此，中小小型客運(yùn)運(yùn)站房的的建設(shè)數(shù)數(shù)量將越越來越多多，鋼結(jié)結(jié)構(gòu)人行行天橋作作為主要要的跨線線設(shè)施類類型將被被大量采采用。人人行天橋橋在人群群行走的的作用下下可能產(chǎn)產(chǎn)生較大大的振動動，影響響行走的的舒適度度。而現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范范中的撓撓度限值值和自振振頻率限限值無法法很好地地評價結(jié)結(jié)構(gòu)振動動的舒適適度。1 結(jié)構(gòu)模模態(tài)分析析為了分分析人行行天橋的的固有動動力特性性，采用用MIDDAS GENN建立了了人行天天橋的有有限元模模型，圖圖1為

3、天橋橋結(jié)構(gòu)計計算模型型簡圖，對對天橋結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行行了模態(tài)態(tài)分析。振振動質(zhì)量量源為結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件質(zhì)量、建建筑裝修修質(zhì)量和和50%人群荷荷載質(zhì)量量。以城城市人行行天橋與與人行地地道技術(shù)術(shù)規(guī)范中中規(guī)定的的人行天天橋豎向向自振頻頻率3 Hz為舒適適度設(shè)計計控制指指標(biāo)時，要要求天橋橋結(jié)構(gòu)具具有較大大的豎向向彎曲剛剛度，其其前10階基頻頻和主要要振動模模態(tài)如表表1所示。第第一階豎豎向振動動為人行行天橋豎豎向彎曲曲振動，振振動頻率率為3.556 HHz，豎向向自振頻頻率遠(yuǎn)離離人群步步行頻率率。不以豎豎向自振振頻率3 Hz為舒適適度設(shè)計計控制指指標(biāo)，充充分利用用天橋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的承載載力，以以天橋樓樓面的結(jié)結(jié)構(gòu)動

4、力力加速度度響應(yīng)值值作為舒舒適度設(shè)設(shè)計控制制指標(biāo)時時，可適適當(dāng)降低低天橋結(jié)結(jié)構(gòu)的豎豎向彎曲曲剛度，其其前10階基頻頻和主要要振動模模態(tài)如表表2所示。第第一階豎豎向振動動為人行行天橋豎豎向彎曲曲振動，振振動頻率率為2.886 HHz，頻率率較低且且接近于于人群步步行頻率率。2 人行激激勵振動動特性計計算3 時程分分析計算算結(jié)果理論上上，當(dāng)人人行橋的的自振頻頻率在人人行激勵勵基頻（2 HHz）或高高階頻率率（4 HHz、6 HHz等）附附近時，人人行天橋橋就可能能發(fā)生共共振，但但因結(jié)構(gòu)構(gòu)阻尼的的存在，只只有當(dāng)人人行荷載載具有足足夠的能能量時，共共振才會會真正發(fā)發(fā)生。人行荷荷載的能能量取決決于人群群

5、質(zhì)量G，即天天橋上同同時行走走的人數(shù)數(shù)，可以以根據(jù)車車站最大大到達(dá)人人數(shù)、最最高聚集集人數(shù)分分別考慮慮進(jìn)站、出出站人流流的影響響（不考考慮多站站臺同時時作業(yè)和和進(jìn)、出出站人流流在天橋橋上相遇遇的情況況）。本本文中人人群質(zhì)量量G根據(jù)車車站最高高聚集人人數(shù)計算算，并考考慮人群群密度1人/m2和天橋橋樓面面面積為1 0000 m2，人的的質(zhì)量取取為70 kg/人。人人群均勻勻分布在在天橋的的樓面上上，并沿沿天橋均均勻前進(jìn)進(jìn)。模型的的阻尼比比取0.0035，對天天橋結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行人人行荷載載激勵作作用下的的動力時時程分析析，可得得到加速速度響應(yīng)應(yīng)時間歷歷程曲線線和位移移響應(yīng)時時間歷程程曲線。分分析結(jié)果果如

6、表3所示。3.11 頻率限限值分析析參考國國外相關(guān)關(guān)規(guī)范和和中國城城市人行行天橋與與人行地地道技術(shù)術(shù)規(guī)范規(guī)規(guī)定的限限值，對對比結(jié)果果詳見表表4. 由表4可知，本本算例人人行天橋橋豎向自自振頻率率不滿足足3 Hz的要求求，存在在人行荷荷載激勵勵作用下下產(chǎn)生共共振的可可能性。3.22 動力響響應(yīng)限值值分析通過對對天橋結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行行彈性時時程分析析，得出出天橋樓樓面上的的最大加加速度響響應(yīng)，從從而可評評估其舒舒適度性性能，分分析結(jié)果果詳見表表5.由表5可見，人人行天橋橋的加速速度響應(yīng)應(yīng)過大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超規(guī)范范規(guī)定的的限值；加速度度響應(yīng)與與人群密密度成正正比，即即與人群群質(zhì)量G是線性性關(guān)系。在在結(jié)構(gòu)剛剛度不變

7、變的情況況下，可可推導(dǎo)出出滿足加加速度響響應(yīng)限值值0.0018 g的人群群密度為為0.1125人/m2，人群群與樓面面的質(zhì)量量比為1.6675%.4 結(jié)論在大跨跨度輕柔柔結(jié)構(gòu)中中，僅僅僅通過限限制結(jié)構(gòu)構(gòu)的靜態(tài)態(tài)撓度或或單純限限值其自自振頻率率，以保保證人行行激勵下下的舒適適度是不不夠的。一一方面，會會過分加加大結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度，進(jìn)進(jìn)而耗費(fèi)費(fèi)大量鋼鋼材；另另一方面面，無法法完全保保證結(jié)構(gòu)構(gòu)滿足舒舒適度指指標(biāo)的要要求。結(jié)構(gòu)在在人行激激勵曲線線作用下下的振動動響應(yīng)與與結(jié)構(gòu)自自身振動動特性有有密切關(guān)關(guān)系。加加速度響響應(yīng)與人人群質(zhì)量量G是線性性關(guān)系，在在結(jié)構(gòu)剛剛度不變變的情況況下，人人群質(zhì)量量G與樓面面結(jié)構(gòu)自

8、自重的比比值越小小，則樓樓面結(jié)構(gòu)構(gòu)的加速速度響應(yīng)應(yīng)值越小小。因此此，可考考慮通過過增加樓樓面配重重來降低低結(jié)構(gòu)的的加速度度響應(yīng)，以以滿足舒舒適度的的要求。參考文文獻(xiàn)1孫利民民，閆興興非.人行橋橋人行激激勵振動動及設(shè)計計方法J.同濟(jì)大大學(xué)學(xué)報報（自然然科學(xué)版版），20004，32（8）：9966-9999.2馬耕，在在田.城市人人行天橋橋動力設(shè)設(shè)計問題題探討J.市政交通水利工工程設(shè)計計，20008（7）：62-65.3Bacchmaann H.CCasee sttudiies of strructturees wwithh maan-iinduucedd viibraatioonsJ.ASCCE

9、 JJourrnall off Sttruccturral Enggineeeriing，19992（118）：6311-6447.編輯輯：張思思楠Absstraact： Thhe ssteeel sstruuctuure briidgee iss thhe wwidtth oof 66 122 m， sppan bettweeen 227 400 m steeel truuss strructturee syysteem， ussuallly usees aa clloseed eexteernaal eencllosuure sysstemm. AAccoordiing to thee“u

10、rbban peddesttriaan bbriddge andd tuunneel ttechhnollogyy sttanddardd”， peedesstriian briidgee veertiicall seelf-vibbrattionn frrequuenccy mmustt bee 3 HHz， too meeet thee coomfoort reqquirremeentss haas bbecoome steeel peddesttriaan ooverrcroossiing of thee maain conntroolliing facctorr off deesigg

11、n. Thee ellasttic timme hhisttoryy annalyysiss drrawnn looadss， thhe bbriddge decck ssysttem of quaalitty rratiio， sttruccturral dynnamiic ttimee hiistoory ressponnse of thee coorreespoondiing rellatiionsshipp off meeet thee coomfoort reqquirremeentss off thhe mminiimumm deeck sysstemm quualiity， annd tt