论文钢结构人行天桥舒适度设计及其控制

1、钢结构人行天桥舒适度设计及其控制作者：赵光伟来源：科技与创新2015年第13期摘 要：钢结构天桥是宽度为612 m、跨度在2740 m之间的钢桁架结构体系，通常采用封闭式外围护系统。根据城市人行天桥与人行地道技术规范，人行天桥竖向自振频率需3 Hz，以满足舒适度的要求，已成为钢结构人行天桥的主要设计控制因素。通过弹性时程分析得出的激励荷载、桥面系的质量比、结构动力时程响应的对应关系，分析了满足舒适度要求的最小桥面系质量，并以此作为结构舒适度设计的补充控制指标。关键词：钢结构；人行天桥；人行激励；舒适度中图分分类号：U4441+.3 文献标标识码：A DDOI：10.159913/j.ccnki

2、i.kjjycxx.20015.13.0011随着我我国高铁铁四纵四四横骨干干网的建建成，未未来高铁铁发展将将以大都都市区市市郊通勤勤铁路和和城市群群城际铁铁路为主主。因此此，中小小型客运运站房的的建设数数量将越越来越多多，钢结结构人行行天桥作作为主要要的跨线线设施类类型将被被大量采采用。人人行天桥桥在人群群行走的的作用下下可能产产生较大大的振动动，影响响行走的的舒适度度。而现现行规范范中的挠挠度限值值和自振振频率限限值无法法很好地地评价结结构振动动的舒适适度。1 结构模模态分析析为了分分析人行行天桥的的固有动动力特性性，采用用MIDDAS GENN建立了了人行天天桥的有有限元模模型，图图1为

3、天桥桥结构计计算模型型简图，对对天桥结结构进行行了模态态分析。振振动质量量源为结结构构件件质量、建建筑装修修质量和和50%人群荷荷载质量量。以城城市人行行天桥与与人行地地道技术术规范中中规定的的人行天天桥竖向向自振频频率3 Hz为舒适适度设计计控制指指标时，要要求天桥桥结构具具有较大大的竖向向弯曲刚刚度，其其前10阶基频频和主要要振动模模态如表表1所示。第第一阶竖竖向振动动为人行行天桥竖竖向弯曲曲振动，振振动频率率为3.556 HHz，竖向向自振频频率远离离人群步步行频率率。不以竖竖向自振振频率3 Hz为舒适适度设计计控制指指标，充充分利用用天桥结结构构件件的承载载力，以以天桥楼楼面的结结构动

4、力力加速度度响应值值作为舒舒适度设设计控制制指标时时，可适适当降低低天桥结结构的竖竖向弯曲曲刚度，其其前10阶基频频和主要要振动模模态如表表2所示。第第一阶竖竖向振动动为人行行天桥竖竖向弯曲曲振动，振振动频率率为2.886 HHz，频率率较低且且接近于于人群步步行频率率。2 人行激激励振动动特性计计算3 时程分分析计算算结果理论上上，当人人行桥的的自振频频率在人人行激励励基频（2 HHz）或高高阶频率率（4 HHz、6 HHz等）附附近时，人人行天桥桥就可能能发生共共振，但但因结构构阻尼的的存在，只只有当人人行荷载载具有足足够的能能量时，共共振才会会真正发发生。人行荷荷载的能能量取决决于人群群

5、质量G，即天天桥上同同时行走走的人数数，可以以根据车车站最大大到达人人数、最最高聚集集人数分分别考虑虑进站、出出站人流流的影响响（不考考虑多站站台同时时作业和和进、出出站人流流在天桥桥上相遇遇的情况况）。本本文中人人群质量量G根据车车站最高高聚集人人数计算算，并考考虑人群群密度1人/m2和天桥桥楼面面面积为1 0000 m2，人的的质量取取为70 kg/人。人人群均匀匀分布在在天桥的的楼面上上，并沿沿天桥均均匀前进进。模型的的阻尼比比取0.0035，对天天桥结构构进行人人行荷载载激励作作用下的的动力时时程分析析，可得得到加速速度响应应时间历历程曲线线和位移移响应时时间历程程曲线。分分析结果果如

6、表3所示。3.11 频率限限值分析析参考国国外相关关规范和和中国城城市人行行天桥与与人行地地道技术术规范规规定的限限值，对对比结果果详见表表4. 由表4可知，本本算例人人行天桥桥竖向自自振频率率不满足足3 Hz的要求求，存在在人行荷荷载激励励作用下下产生共共振的可可能性。3.22 动力响响应限值值分析通过对对天桥结结构进行行弹性时时程分析析，得出出天桥楼楼面上的的最大加加速度响响应，从从而可评评估其舒舒适度性性能，分分析结果果详见表表5.由表5可见，人人行天桥桥的加速速度响应应过大，远远超规范范规定的的限值；加速度度响应与与人群密密度成正正比，即即与人群群质量G是线性性关系。在在结构刚刚度不变

7、变的情况况下，可可推导出出满足加加速度响响应限值值0.0018 g的人群群密度为为0.1125人/m2，人群群与楼面面的质量量比为1.6675%.4 结论在大跨跨度轻柔柔结构中中，仅仅仅通过限限制结构构的静态态挠度或或单纯限限值其自自振频率率，以保保证人行行激励下下的舒适适度是不不够的。一一方面，会会过分加加大结构构刚度，进进而耗费费大量钢钢材；另另一方面面，无法法完全保保证结构构满足舒舒适度指指标的要要求。结构在在人行激激励曲线线作用下下的振动动响应与与结构自自身振动动特性有有密切关关系。加加速度响响应与人人群质量量G是线性性关系，在在结构刚刚度不变变的情况况下，人人群质量量G与楼面面结构自

8、自重的比比值越小小，则楼楼面结构构的加速速度响应应值越小小。因此此，可考考虑通过过增加楼楼面配重重来降低低结构的的加速度度响应，以以满足舒舒适度的的要求。参考文文献1孙利民民，闫兴兴非.人行桥桥人行激激励振动动及设计计方法J.同济大大学学报报（自然然科学版版），20004，32（8）：9966-9999.2马耕，在在田.城市人人行天桥桥动力设设计问题题探讨J.市政交通水利工工程设计计，20008（7）：62-65.3Bacchmaann H.CCasee sttudiies of strructturees wwithh maan-iinduucedd viibraatioonsJ.ASCCE

9、 JJourrnall off Sttruccturral Enggineeeriing，19992（118）：6311-6447.编辑辑：张思思楠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