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        基于舒適度評價的鋼結(jié)構(gòu)人行天橋減振加固設(shè)計

        2015-10-20 09:21:34程江
        城市道橋與防洪 2015年8期
        關(guān)鍵詞:舒適度規(guī)范振動

        程江

        (深圳市綜合交通設(shè)計研究院有限公司,廣東深圳 518000)

        基于舒適度評價的鋼結(jié)構(gòu)人行天橋減振加固設(shè)計

        程江

        (深圳市綜合交通設(shè)計研究院有限公司,廣東深圳 518000)

        鋼結(jié)構(gòu)人行天橋由于其自重輕,因此對外部激勵的振動效應(yīng)更加明顯。在一定的條件下,橋上的行人會由于結(jié)構(gòu)振動而產(chǎn)生不舒適感或不安全感。然而,目前我國有關(guān)設(shè)計規(guī)范中,沒有給出人行天橋的振動舒適度評價指標(biāo)。參考國外相關(guān)規(guī)范中關(guān)于人行天橋舒適度的評價標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合工程實例,論述相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)在人行天橋減振加固設(shè)計中的應(yīng)用。

        鋼結(jié)構(gòu);人行天橋;加固

        0 引言

        近來年,隨著城市建設(shè)對人文關(guān)懷理念的愈加重視,人行天橋作為一種能較好保障行人過街安全的公共設(shè)施,在各大城市的分布密度越來越大。其中,鋼結(jié)構(gòu)形式的人行天橋由于具有景觀效果好、施工工期短等優(yōu)點而得到了廣泛的采用。

        鋼結(jié)構(gòu)人行天橋由于其自重輕,故對外部激勵的振動效應(yīng)更加明顯。在一定的條件下,橋上的行人會由于結(jié)構(gòu)振動而產(chǎn)生不舒適感或不安全感。然而,目前我國有關(guān)設(shè)計規(guī)范中,未給出人行天橋在運營狀況下的振動舒適度評價指標(biāo),僅在《城市人行天橋與人行地道橋技術(shù)規(guī)范》(CJJ69-95)中規(guī)定“天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3 Hz”[1],以此來避免人行激勵產(chǎn)生的共振影響,但該規(guī)定過于簡單,不能滿足實際評價的需要。

        本文參考國外相關(guān)規(guī)范中關(guān)于人行天橋舒適度的評價標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合工程實例,論述相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)在人行天橋減振加固設(shè)計中的應(yīng)用。

        1 人行天橋舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)

        我國有關(guān)規(guī)范中沒有關(guān)于人行天橋振動舒適度的評價標(biāo)準(zhǔn)。

        英國規(guī)范BS5400規(guī)定:對于在無荷載時的基本自振頻率f0>5Hz的上部結(jié)構(gòu),可以認為其滿足運營振動要求。對于基本自振頻率f0≤5Hz的上部結(jié)構(gòu),其任何部分的最大垂直加速度應(yīng)不大于該規(guī)范僅對單人豎向最大加速度進行了限制,但未給出水平加速度的限值和人群荷載標(biāo)準(zhǔn)[2]。

        歐盟規(guī)范Eurocodes 5規(guī)定:無活載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)豎向基本固有頻率f>5 Hz、橫向基本固有頻率f<2.5 Hz時,人行天橋的結(jié)構(gòu)振動舒適性要求能得到滿足,否則需進行相關(guān)的驗算。該規(guī)范使用結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的峰值加速度作為人行橋的舒適度評價指標(biāo),在行人荷載作用下,人行橋的豎向振動加速度和側(cè)向振動加速度應(yīng)滿足相應(yīng)容許限值要

        求[3]。

        國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO規(guī)范制定的振動舒適度國際通用標(biāo)準(zhǔn),是以頻率和振動均方根加速度的關(guān)系曲線為基礎(chǔ)的。ISO 10137-2007中給出了運動過程中的行人的振動舒適度基準(zhǔn)曲線,舒適度的臨界值為該基準(zhǔn)曲線上的數(shù)值乘以60倍的放大系數(shù)[4]。

        2 工程實例

        2.1 工程概況

        本天橋位于深圳市內(nèi)某城市I級主干道上,附近有大型體育場館,高峰人流量較大。天橋結(jié)構(gòu)為2×24.2 m簡支鋼箱梁橋,主梁高0.8 m,在兩端各設(shè)置兩座梯道,見圖1。主橋和梯道的材料均為普通碳素鋼,均采用工廠預(yù)制現(xiàn)場吊裝的施工方法。下部橋墩為鋼管柱式墩,基礎(chǔ)為擴大基礎(chǔ)。因有市民投訴該橋在使用過程中主橋振動較大、有不舒適感,為保障安全,相關(guān)部門組織對該天橋進行檢測及減振加固設(shè)計。

        圖1 天橋立面布置圖(單位:cm)

        2.2 行人產(chǎn)生不舒適感原因分析

        根據(jù)現(xiàn)場檢測,在正常人流下,主梁豎向一階振動頻率兩跨分別為3.73 Hz、3.71 Hz,最大豎向加速度為0.036 5 g,最大豎向振幅為0.55 mm。行人普通步速的頻率在1.6~2.4 Hz之間[5]。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查,人靜止在橋跨中間時能感受到較明顯振動。從而說明結(jié)構(gòu)自振頻率f0<5Hz時,應(yīng)對豎向最大加速進行限制。按照英國規(guī)范BS5400附錄C的規(guī)定,對于基本自振頻率f0≤5Hz的上部結(jié)構(gòu),其任何部分的最大垂直加速度應(yīng)不大于查國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO規(guī)范的運動過程中的行人滿足振動舒適度臨界曲線(豎向),豎向自振頻率3.71 Hz對應(yīng)的豎向加速度有效值的限值為0.32 m/s2,本橋上部結(jié)構(gòu)的豎向加速度有效值0.26 m/s2<0.32 m/s2,說明豎向加速度滿足運動過程中的行人對舒適度的要求。但是對于當(dāng)行人靜止于橋上時,舒適度的臨界指標(biāo)要適當(dāng)降低到行人運動中舒適度指標(biāo)的一半,對于本橋的豎向加速度有效值的限值0.16 m/s2<0.26 m/s2為,不滿足行人靜止于橋上時舒適度的要求?;掘炞C了靜止在橋跨中間也能感受到振動的情況。

        由上述分析可知,本橋在人行激勵下產(chǎn)生振動使行人有一些不舒適是由于上部結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率偏低引起的,豎向加速度雖然滿足行人運動中的舒適度要求,但難以滿足行人靜止于橋上時舒適度的要求。

        2.3 減振加固設(shè)計方案

        針對2.2節(jié)的分析結(jié)論,本次加固設(shè)計除對常規(guī)病害進行維修外,主要采取結(jié)構(gòu)措施來提高主梁的豎向基本固有頻率、水平基本固有頻率,以減少主梁在人行激勵下共振現(xiàn)象。相關(guān)措施包括:

        (1)將主梁的簡支結(jié)構(gòu)改造成連續(xù)結(jié)構(gòu),將主梁在2號墩兩側(cè)各2.75 m范圍割斷,重新制作,再與主梁焊接,并與2號墩墩柱固結(jié)。

        (2)在各橋墩墩柱外側(cè)包封C35細石子補償收縮混凝土,鋼管焊接設(shè)置剪力釘,改成縱向圓端薄壁墩,以增加下部結(jié)構(gòu)的剛度。

        2.4 計算結(jié)果

        加固前后結(jié)構(gòu)各方向的頻率見表1,加固前后分別按照英國規(guī)范計算所得最大垂直加速度見表2。

        表1 主橋加固前后頻率對比

        表2 主橋加固前后最大垂直加速度對比

        計算加固前結(jié)構(gòu)的橫向一階與實測值有所偏差,可能原因是建立模型時沒有建立梯道部分,只建立的主梁的模型。加固前豎向一階頻率與實測值較吻合。主橋加固設(shè)計后,縱向、橫向、豎向頻率都有所提高,最大垂直加速度有所降低,能較好的提升天橋上行人的舒適感。

        2.5 減振加固實際效果

        加固完成后檢測單位再次對該橋進行了自振特性測試。測試結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率增大至3.30 Hz,與計算結(jié)果基本吻合;當(dāng)行人正常通行時,行人無明顯振感;當(dāng)行人跑步通過時,橋上其他行人無明顯振感。由此可見:橋梁減振加固取得了較好效果。

        3 結(jié)語

        本文綜合論述了國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范中的人行天橋舒適度評價體系,并基于此,對一座“行人舒適感欠佳”的人行天橋進行減振加固改造,取得了良好的效果??偨Y(jié)如下:

        (1)國內(nèi)設(shè)計規(guī)范缺少關(guān)于舒適性評價的指標(biāo),僅對結(jié)構(gòu)豎向自振頻率作出限制要求存在不足。

        (2)實踐證明,英國規(guī)范BS5400中關(guān)于舒適性評價的標(biāo)準(zhǔn)較能符合工程實際,在我國目前尚缺少相關(guān)規(guī)范的條件下,設(shè)計人員可參考該規(guī)范進行人行天橋舒適度的評估,確保所設(shè)計人行天橋安全、舒適。

        [1] CJJ69一95,城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].

        [2] British Standards Institution,BS5400[S].Steel Concrete and Composite Bridges,Part 2∶Specification for loads.BSI,U.K.

        [3] Eurocodes 5,Design of Timber Structures Part 2∶Bridges[S].EN1995-2∶2004,European Committee for Standardization,Brussels,Belgium 2004.

        [4] ISO,Bases for design of structures Serviceability of buildings and pedestrian Walkways against vibration[S].ISO/CD 10137,International Stadardization Organization,Geneva,Switzerland,2005.

        [5] 陳然,董力蕓.中國大都市行人交通特征的實測和初步分析[J].上海大學(xué)學(xué)報,2005,11(1)∶93-97.

        U448.11

        A

        1009-7716(2015)08-0058-02

        2015-04-14

        程江(1985-),男,湖北黃岡人,工程師,從事橋梁設(shè)計工作。

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