于松馬

摘? ? 要：隨著城市的發(fā)展，住宅及商圈的密集，人行專用過河及過街橋梁需求不斷增加，尤其鋼結(jié)構(gòu)人行橋有建設(shè)周期短、對既有交通影響小的優(yōu)點，被廣泛采用。結(jié)合兩座鋼結(jié)構(gòu)人行橋的設(shè)計實例，探討了鋼結(jié)構(gòu)人行橋設(shè)計在實踐中涉及到的結(jié)構(gòu)安全、振動頻率和人行舒適度等問題，以供對此類人行橋設(shè)計人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)橋梁;人行橋梁;自振頻率;橋梁設(shè)計

中圖分類號：U448.131.3? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-7394（2018）06-0020-06

隨著城市的發(fā)展，住宅及商圈的密集，人行專用過河及過街橋梁需求不斷增加，尤其過街天橋往往建在現(xiàn)有道路之上，通常鋼結(jié)構(gòu)人行橋為首選。鋼結(jié)構(gòu)橋梁有建設(shè)周期短、對既有交通影響小、結(jié)構(gòu)厚度薄等優(yōu)點，不僅能滿足交通功能的要求，還能滿足人們審美視覺的要求。但是鋼結(jié)構(gòu)橋梁存在自重輕、跨度大、體系柔、自振頻率低等缺點，當人行橋一階豎向自振頻率與行人激勵頻率接近時，會引起共振，使得行人產(chǎn)生不舒適感和不安全感。下面結(jié)合筆者參與的一些設(shè)計實例，探討鋼結(jié)構(gòu)人行橋在設(shè)計中應考慮和注意的問題。

1? ? 橋梁自振頻率的規(guī)定

行人的正常行走步頻介于1.6（慢走）～2.4Hz（快走），其二階步頻在2.8～4.8Hz。因此，在豎向自振頻率2Hz左右的橋上，由于自振頻率與行人步頻接近，容易產(chǎn)生共振。[1]日本學者統(tǒng)計到的行人步頻見表1。

為了避免出現(xiàn)共振，不同規(guī)范對結(jié)構(gòu)的頻率進行不同的限制。瑞典國家規(guī)范Bro2004認為，豎向基頻應大于3.5Hz;歐洲國際混凝土委員會規(guī)范CEB（1993）和瑞士規(guī)范SIA160（1989）均建議避免使結(jié)構(gòu)的豎向振動固有頻率落在1.6～2.4Hz和3.5～4.8Hz的范圍內(nèi);日本道路協(xié)會僅要求豎向頻率不應落在1.5～2.3Hz;英國規(guī)范BSI（1975）、加拿大安大略省規(guī)范OHBDC（1991）及歐盟的Eurocode等規(guī)范規(guī)定橋梁豎向基頻超過5Hz時結(jié)構(gòu)的振動舒適性能滿足要求;我國《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ 69—95）規(guī)定不宜小于3Hz。[2]

2? ? 工程實例

2.1? ?實例一

常州BRT二號線工程在古運河懷德橋現(xiàn)有老橋兩側(cè)各新建一座人行及非機動車橋，跨徑組合為3m x 20m，每幅橋總寬7m。詳見圖1至圖3。

橋梁上部采用3跨3m x 20m鋼梁，橫向共設(shè)置4片工字鋼梁，橫向間距2m，縱向間隔4m設(shè)置一道橫梁;縱梁梁高65cm，鋼材采用Q345鋼板，頂、底板厚度25mm，腹板厚度12mm;上設(shè)8mm厚鋼橋面板，上澆注8cm厚混凝土鋪裝層，橋面設(shè)置1cm厚塑膠面層;橋墩臺均采用樁接蓋梁形式;支座均采用GJZ系列板式橡膠支座。

經(jīng)建模計算，縱梁鋼梁最大應力為118MP，采用Q345鋼材強度較富裕（如圖4）。一階豎向自振頻率為3.10Hz（如圖5），能夠滿足規(guī)范不小于3Hz要求，但富裕度不多。

該橋建成后，由于橋梁為行人及非機動車混行，尤其電動三輪車通行時，橋梁震動較大，人行舒適感欠佳。后重新修改模型計算，將橋墩支座改為固結(jié)形式（如圖6），橋梁自振頻率可提升至3.54Hz，人行不舒適感應該會有所改善。從本次設(shè)計中，筆者吸取了經(jīng)驗教訓，為以后鋼結(jié)構(gòu)人行橋設(shè)計提供借鑒。

2.2? ?實例二

常州南大街鐵市巷天橋平面為L形，跨徑組合為16.5m+15.2m+22.9m+8.78m，天橋總寬4.3m。詳見圖7至圖9。

上部結(jié)構(gòu)采用焊接連續(xù)鋼箱梁，中心梁高0.9m，箱梁底寬1.2m，頂寬2.9m，兩側(cè)各懸臂70cm，側(cè)面采用弧線鋼板裝飾;鋼材采用Q345鋼板，頂、底板厚度25mm，腹板厚度12mm;上澆注8～10cm厚混凝土鋪裝層，橋面設(shè)置1cm厚塑膠面層;橋墩均采用φ0.8m鋼管混凝土立柱，與上部結(jié)構(gòu)箱梁焊接固結(jié)。

經(jīng)建模計算，縱梁鋼梁最大應力為138MP，采用Q345鋼材強度較富裕（如圖10）。一階豎向自振頻率為4.37Hz（如圖11），能夠滿足規(guī)范不小于3Hz要求，富裕度也較大。

該天橋建成，僅為人群通行，實測橋梁震動適中，人行舒適感較好，采用墩梁固結(jié)形式，有效提高了橋梁自振頻率。

3? ? ?結(jié)果分析

橋梁結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率反應著結(jié)構(gòu)固有的動力特性（連續(xù)梁橋估算公式：[f=13.6162πl(wèi)2EIcmc]及[f=23.6512πl(wèi)2EIcmc]）[3]，它取決于自身的質(zhì)量和剛度，因此，直接增加剛度及減小質(zhì)量是提高頻率的基本方法;也可采取以下幾種措施提高結(jié)構(gòu)自振頻率：墩梁固接、采用大直徑樁基礎(chǔ)、增強基礎(chǔ)剛度、增大墩柱截面及剛度、增加梁高、增加鋼板厚度、增加鋼梁底緣寬度和梁面上采用變截面布置。[4]實例二中鋼板厚度、梁高、立柱直徑、箱梁底寬變化對自振頻率的影響對比見表2～5。由對比表格可知，增加梁高或鋼板厚度時，梁體剛度和質(zhì)量均增大，但自振頻率提高的不顯著，除非梁高和鋼板厚度增加很多，但從經(jīng)濟上不合理，其它的提高措施可按實際情況采用。

4? ? ?結(jié)語

通過以上兩座鋼結(jié)構(gòu)人行橋的設(shè)計分析，鋼結(jié)構(gòu)人行橋設(shè)計在遵循城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范的前提下，應考慮或注意以下5點。

（1）橋梁主梁承載能力及應力很容易滿足規(guī)范要求，并且富裕度較大，但自振頻率比較難滿足規(guī)范要求或富裕度不大。

（2）對主梁梁高及鋼板厚度不能一味地增加，結(jié)合總體景觀設(shè)計，通過計算對比選取最優(yōu)方案。

（3）充分利用下部結(jié)構(gòu)對主梁的影響，有效的增大自振頻率。

（4）通過梁單元模型及有限元模型進行對比，更準確的對模型進行分析，確保結(jié)果的準確性。

（5）若自振頻率富裕度較小或不能滿足規(guī)范要求，可采用增設(shè)阻尼器等方法改變頻率，提高行人的舒適度。

同時，我國規(guī)范對行人舒適性的規(guī)定還不夠全面，設(shè)計人員在設(shè)計時也應參考一些國外規(guī)范及實例，以人為本，盡量提高行人的舒適度。

參考文獻：

[1] 鄧德倫.鋼箱梁人行天橋自振頻率的影響因素研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2014（3）：87-88.

[2] 建設(shè)部.城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范CJJ69-95[ S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[3] 交通運輸部.公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60—2015 [S].北京：人民交通出版社，2015.

[4] 饒波.大跨度鋼箱梁人行天橋設(shè)計[J].城市道橋與防洪，2009（2）：30-32.