基于舒适度评价的钢结构人行天桥减振加固设计.pdf

5 8 桥梁结构 城 市道桥与 防洪 2 0 1 5 年 8 月第 8 期 基于舒适度评价的钢结构人行天桥减振加固设计 程江 深圳市综合交通设计研究院有限公司， 广东深圳 5 1 8 0 0 0 摘要 钢结构人行天桥由于其 自重轻， 因此对外部激励的振动效应更加明显。在一定的条件下 ， 桥上的行人会 由于结构振动而 产生不舒适感或不安全感。然而， 目前我国有关设计规范中， 没有给出人行天桥的振动舒适度评价指标。参考国外相关规范中关 于人行天桥舒适度的评价标准 ， 并结合工程实例， 论述相关评价标准在人行天桥减振加固设计中的应用。 关键 词 钢 结构 ； 人 行天桥 ； 加 固 中 图分 类号 U 4 4 8 ． 1 1 文献 标志 码 A 文 章编 号 1 0 0 9 7 7 1 6 2 0 1 5 0 8 0 0 5 8 0 2 0 引言 近来 年 ，随着城市建设对人文关怀理念 的愈 加重视，人行天桥作为一种能较好保障行人过街 安全 的公共 设施 ，在各大城市 的分布密度越来越 大 。其中， 钢结构形式的人行天桥 由于具有景观效 果好、 施工工期短等优点而得到了广泛的采用。 钢结构人行天桥 由于其 自重轻 ，故对外部激 励的振动效应更加明显。在一定的条件下， 桥上的 行 人会 由于结构 振动 而产 生不 舒适 感 或不 安全 感 。然而 ， 目前我国有关设计规范 中， 未 给出人行 天桥在运 营状况下 的振动舒适度评价指 标 ，仅 在 城 市 人 行 天 桥 与 人 行 地 道 桥 技 术 规 范 C J J 6 9 9 5 中规定“ 天桥上部结构竖向自振频率不 应小于 3 H z ” 『 l 1 ，以此来避免人行激励产生 的共振 影响， 但该规定过于简单， 不能满足实际评价的需 要 。 本文参考国外相关规范中关于人行天桥舒适 度的评价标准， 并结合工程实例， 论述相关评价标 准在人行天桥减振加 固设计 中的应用 。 1 人行天桥舒适度评价标准 我国有关规范中没有关于人行天桥振动舒适 度 的评价标准 。 英国规范 B S 5 4 0 0规定 对于在无荷载时的基 本 自振频率 E5 H z的上部结构 ， 可 以认为其满足 运营振动要求 。对于基 本 自振频率 ≤5 H z的上 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 1 4 作者简介 程江 1 9 8 5 一 ， 男 ， 湖北黄冈人 ， 工程师， 从事桥梁设计 工作 。 部结构 ， 其 任何部分 的最大垂直加 速度应不 大于 0 ． 5 万rn ／ s 。该规范仅对单人竖向最大加速度进 行 了限制 ，但未给出水平加速度 的限值和人群荷 载标准【 。 欧盟规范 E u r o c o d e s 5规定 无活载状态下 的 结构竖 向基本 固有频 率 f 5 H z 、 横 向基本 固有频 率 f 2 ．5 H z 时， 人行天桥的结构振动舒适性要求 能得到满足 ， 否则需进行相关的验算 。该规范使用 结构振动响应的峰值加速度作为人行桥的舒适度 评价指标 ， 在行人荷载作用下 ， 人行桥的竖 向振动 加速度 和侧 向振动加速度应满足相 应容许限值要 求[3 j o 国际化标准组织 I S O规范制定 的振动舒适度 国际通用标准，是以频率和振动均方根加速度的 关系 曲线为基础 的。I S O 1 0 1 3 7 2 0 0 7中给 出了运 动过程 中的行人的振动舒适度基准 曲线 ，舒适度 的临界值为该 基准 曲线上 的数值 乘 以 6 0倍 的放 大系数[ 4 1 o 2 工程 实例 2 ． 1 工程 概 况 本天桥位于深圳市 内某城市 I 级主干道上 ， 附 近有大型体育场馆， 高峰人流量较大。天桥结构为 2 2 4 ． 2 m简支钢箱梁桥， 主梁高 0 ． 8 m， 在两端各 设置两座梯道， 见图 1 。主桥和梯道的材料均为普 通碳素钢 ， 均采用工厂预制现场 吊装 的施 工方法 。 下部桥墩为钢管柱式墩 ， 基础为扩大基础 。因有市 民投诉该桥在使用过程中主桥振动较大、有不舒 适感， 为保障安全， 相关部门组织对该天桥进行检 测及减振加 固设计 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5 年 8 月第 8期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构5 9 1 5 0 2 4 2 0 ． 2 4 2 0 ．1 { ． ， 。 ， ， ． 。 。 。 ． 。 ． ． 。 。 ． 。 。 I 。 ． ， 。 ， ， ． ． 。 。 ． ． ， ． I 酬 l 棚 图 1 天桥 立面布置 图 单位 c m J 2 ． 2行人产生不舒适感原 因分析 根据现场检测 ， 在正常人流下 ， 主梁竖 向一 阶 振动频率两跨分别为 3 ．7 3 H z 、 3 ．7 1 H z ， 最大竖向加 速度为 0 ． 0 3 6 5 g ， 最大竖向振 幅为 0 ． 5 5 mm。行人 普通步速的频率在 1 ．6 2 ．4 H z 之间【5 ]。结合现场 调查 ， 人静止在桥跨 中间时能感受到较明显振动。 从而说明结构 自振频率 f o 5 H z 时， 应对竖向最大 加速进行限制。 按 照英 国规范 B S 5 4 0 0附录 C的规 定， 对于基本 自振频率 f0 ≤5 H z的上部结构， 其任 何部分 的最 大垂 直加速度应 不大于 0 ． 5 、 ／ f 0 m ／ s 。 查 国际化标准组织 I S O规 范的运动过程 中的行人 满足振 动舒适度 临界 曲线 竖 向 ， 竖 向 自振 频率 3 ．7 1 H z 对应的竖向加速度有效值的限值为0 ．3 2 m ／ s ， 本桥上部结构 的竖向加速度有效值 0 ．2 6 m ／ s 0 ． 3 2 r r d s 2 ， 说 明竖向加速度满足运动过程 中的行人 对舒适度的要求。 但是对于当行人静止于桥上时， 舒适度 的临界指标要适 当降低到行人运动 中舒适 度指标 的一半 ，对于本桥的竖 向加速度有效值 的 限值 0 ． 1 6 m ／ s 2 O ． 2 6 m ／ s 为， 不满足行 人静 止于桥 上时舒适度的要求。基本验证了静止在桥跨中间 也能感受到振动 的情况 。 由上 述分析可知 ，本桥在人行激励下产 生振 动使行人有一些不舒适是由于上部结构的竖向自 振频率偏低引起的，竖向加速度虽然满足行人运 动中的舒适度要求 ，但难以满足行人静止于桥上 时舒适度的要求 。 2 ． 3 减振加 固设计方案 针对 2 ． 2 节的分析结论 ， 本次加固设计除对常 规病害进行维修外，主要采取结构措施来提高主 梁的竖向基本固有频率、 水平基本固有频率 ， 以减 少主梁在人行激励下共振现象 。相关措施包括 1 将主梁的简支结构改造成连续结构 ， 将主 梁在 2 号墩两侧各 2 ．7 5 m范围割断， 重新制作 ， 再 与主梁焊接 ， 并 与 2号墩墩柱 固结 。 2 在各桥墩墩柱外侧包封 C 3 5细石子补偿收 缩混凝土 ， 钢管焊接设 置剪力钉 ， 改成纵 向圆端薄 壁墩 ， 以增加下部结构的刚度 。 2 ． 4 计算结果 加固前后结构各方向的频率见表 1 ，加固前后 分别按照英国规范计算所得最大垂直加速度见表 2 。 表 1 主桥 加 固前 后频率对 比 表 2 主桥 加固前后 最大垂 直加速度对 比 计算加固前结构的横向一阶与实测值有所偏 差 ， 可能原 因是建立模 型时没有建立梯道部分 ， 只 建立的主梁的模型。加 固前竖 向一 阶频 率与实测 值较吻合。主桥加固设计后 ， 纵向、 横向、 竖向频率 都有所提高， 最大垂直加速度有所降低， 能较好的 提升天桥上行人的舒适感。 2 ． 5 减振加固实际效果 加 固完成后检 测单位 再次对该桥进行 了 自振 特性测试。测试结果表明结构的竖向自振频率增 大至 3 ． 3 0 H z ， 与计算结果基本吻合 ； 当行人正常 通行时 ， 行人无 明显振感 ； 当行人跑步 通过时 ， 桥 上其他行人无 明显振感 。由此可见 桥梁减振加固 取得 了较好效果 。 3 结语 本文综合论述 了国内外相关规 范中的人行天 桥舒适度评价体系 ， 并基于此 ， 对一座“ 行人舒适 感欠佳” 的人行天桥进行减振加固改造， 取得了良 好的效果。总结如下 1 国内设计规范缺少关于舒适性评价的指标 ， 仅对结构竖向 自振频率作出限制要求存在不足 。 2 实践 证 明 ， 英 国规范 B S 5 4 0 0中关 于舒 适 性评价的标准较能符合工程实际，在我国目前尚 缺少相关规范的条件下，设计人员可参考该规范 进行人行天桥舒适度的评估 ，确保所设计人行天 桥安全 、 舒适。 参 考文献 【 1 ] C J J 6 9 9 5 ， 城市人行天桥与人行地道技术规范[ s 】 【 2 ] B r i t i s h S t a n d a r d s I n s t i t u t i o n ，B S 5 4 0 0 [ S ] ．S t e e l C o n c r e t e a n d C o mp o s i t e Brid g e s ， P a r t 2 S p e c i fi c a t i o n f o r l o a d s ． BS I ， U． K． 【 3 ] E u r o c o d e s 5 ， D e s i g n o f T i mb e r S t r u c t u r e s P a r t 2 B ri d g e s [ S ] ． E N1 9 9 5 - 2“．2 0 0 4,E u r o p e an C o mmi t t e e f o r S t a n d a r d i z a t io n , B r u s s e l s ,B e l g i u m 2 0 0 4 ． [ 4 】I S O， B a s e s fo r d e s i g n o f s t r u c t u r e s S e r v i c e a b i l i t y o f b u i l d i n g s and p e d e s t r i a n Wa l k w a y s a g a i n s t v i b r a t i o n [ S ] ． I S O ／ C D 1 0 1 3 7 ， I n t e rna t i o n a l S t a d a r d i z a t i o n Or g an i z a t i o n， Ge n e v a ， S wi t z e r l an d ， 2 0 0 5 ． [ 5 】 陈然， 董力芸． 中国大都市行人交通特征的实测和初步分析[ J 1 ． 上海 大学学报 ， 2 0 0 5 ， l 1 1 9 3 - 9 7 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m