鐘婧如

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)院分公司，浙江杭州 310000）

1 研究背景

景區(qū)人行橋兼具景觀標(biāo)志性及功能性。行人荷載較小，為追求景觀視覺沖擊力及美觀性，此類橋梁普遍存在柔性、大跨、低阻尼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，造成結(jié)構(gòu)自振頻率與行人步伐頻率相近，引起橋梁明顯超越舒適性要求的共振問題。

針對(duì)人致振動(dòng)問題，我國(guó)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69—95）[1]要求為避免共振、減少行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3Hz。為滿足基頻要求，目前國(guó)內(nèi)橋梁工程師的普遍做法是采用墩梁固結(jié)或加大梁高等方法提升結(jié)構(gòu)整體剛度。方法簡(jiǎn)單有效，但直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料用量過(guò)度，不能充分實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)度潛能。

除了頻率規(guī)避法，目前國(guó)際上較主流的為以動(dòng)力峰值加速度為評(píng)價(jià)指標(biāo)的人行橋振動(dòng)舒適性設(shè)計(jì)方法，如英國(guó)規(guī)范BS5000等標(biāo)準(zhǔn)。2017年，住建部提出了由北京市政工程研究院牽頭起草的《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》。此次修訂在3Hz要求的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了人致振動(dòng)加速度驗(yàn)算方法，為大跨柔性景觀人行橋的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文參考相關(guān)人行橋振動(dòng)加速度舒適性設(shè)計(jì)方法，針對(duì)兩座不滿足現(xiàn)行規(guī)范頻率要求的景區(qū)人行橋進(jìn)行人致振動(dòng)舒適性分析，為此類橋梁的振動(dòng)舒適性設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2 工程概況

2.1 一號(hào)橋梁

一號(hào)景觀人行橋采用一跨72.0m的下承式鋼管混凝土拱橋，橋梁工程全長(zhǎng)94m，寬28m。全橋設(shè)置4片拱肋，2片主拱肋和2片副拱肋。單側(cè)共設(shè)2片拱肋，為1片主拱肋和1片副拱肋，主拱肋與副拱肋采用拱肋連接片相連。主拱肋拱軸線采用二次拋物線，矢高為14.4m，主拱跨徑為72m，矢跨比為1/5，拱肋采用D1100mm圓形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管壁厚為22mm，鋼管內(nèi)灌C50自密實(shí)收縮補(bǔ)償混凝土。

主梁為直接承受荷載的結(jié)構(gòu)，本橋主梁采用整體鋼箱梁結(jié)構(gòu)，在箱梁斷面中央頂?shù)装彗U空形成2m分隔觀光帶，左、右兩側(cè)則均為單箱三室截面。主梁頂?shù)装宀捎脦д划愋詷蛎姘濉ｍ敯邃摪搴穸葹?4mm，底板為14mm，在邊拱肋區(qū)域附近和斷面中央附近頂?shù)装寰雍裰?5mm。除在拱腳支座位置設(shè)置3.5m寬度橫梁外，順橋向每隔2.25m設(shè)置一道橫梁，橫梁的高度由橋梁中心線向兩側(cè)高度逐漸減小，橫梁厚度為22m。

本橋吊桿順橋向布置間距為2.25m，每側(cè)主拱肋吊桿均為27根，全橋共54根。吊桿均采用OVM.GJ15-5型1860鋼絞線整束擠壓吊桿,每側(cè)副拱肋吊桿均為27根，全橋共54根。副拱肋吊桿采用Ф5mm不銹鋼鋼索。

2.2 二號(hào)橋梁

二號(hào)景觀人行橋?yàn)檫B續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)。跨徑布置（22.0+32.0+22.0）m，橋梁全長(zhǎng)80.0m。橋梁總寬7.0m。上部結(jié)構(gòu)均采用閉口截面焊接鋼箱梁結(jié)構(gòu)，采用等寬等高單箱多室截面。箱梁高度均1.2m，底板寬度5.1m，頂板寬度7.0m，懸臂長(zhǎng)1.0m，采用直腹板。

箱梁頂板、底板厚度均為12mm，腹板厚度為12mm，箱梁頂板、底板和腹板均設(shè)有縱向加勁肋。箱梁橫向基本每隔2.0m設(shè)置一道橫隔板，橫隔板均按沿橋梁軸線徑向布置。

3 人致振動(dòng)分析

3.1 計(jì)算模型

采用MidasCivil2020有限元計(jì)算程序建立模型，1號(hào)橋采用桁架單元模擬拱肋吊桿，其他均采用梁?jiǎn)卧M，共建立54個(gè)桁架單元，433個(gè)梁?jiǎn)卧?34個(gè)節(jié)點(diǎn)。2號(hào)橋均采用梁?jiǎn)卧M，共建立218個(gè)梁?jiǎn)卧?95個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1號(hào)橋及2號(hào)橋計(jì)算模型如圖1、圖2所示。

圖1 1號(hào)橋有限元計(jì)算模型

圖2 2號(hào)橋有限元計(jì)算模型

3.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

通過(guò)MidasCivil陣型分析，1號(hào)橋主梁豎向第一階頻率為2.177Hz、第二階頻率為2.281Hz，2號(hào)橋主梁豎向第一階頻率為2.6Hz，均小于3Hz要求。

1號(hào)橋、2號(hào)橋自振模態(tài)如圖3、圖4所示。

圖3 1號(hào)橋結(jié)構(gòu)自振特性

圖4 2號(hào)橋結(jié)構(gòu)自振特性（豎向第一階模態(tài)2.6Hz）

3.3 豎向振動(dòng)舒適性分析

由于不能滿足豎向基頻≥3Hz，根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69—95），對(duì)上述兩座人行橋進(jìn)行豎向人致振動(dòng)舒適性驗(yàn)算。

取人群密度為1.5人/m2，阻尼比取為1號(hào)橋0.1%、2號(hào)橋0.05%，兩座橋人群動(dòng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)峰值加速度如圖5、圖6所示。

圖5 1號(hào)橋加速度時(shí)程響應(yīng)結(jié)果

圖6 2號(hào)橋加速度時(shí)程響應(yīng)結(jié)果

第一跨主梁豎向第一模態(tài)峰值加速度0.306m/s2，第二跨0.247m/s2，第三跨0.089m/s2。

根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69—95，行人舒適性評(píng)價(jià)等級(jí)應(yīng)高于CL3等級(jí)，達(dá)到CL1等級(jí)。1、2號(hào)橋三個(gè)模態(tài)相對(duì)應(yīng)的加速度限值分別如表1所示。

表1 行人舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由動(dòng)力計(jì)算結(jié)果可知，1號(hào)橋在人群共振動(dòng)載作用下的豎向峰值加速度為0.556m/s2，屬于CL2舒適等級(jí)，2號(hào)橋在人群共振動(dòng)載作用下的豎向峰值加速度為0.306m/s2，屬于CL1舒適等級(jí)，均滿足舒適性要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)豎向峰值加速度舒適性評(píng)價(jià)方法，對(duì)兩座在建景觀人行橋進(jìn)行豎向人致振動(dòng)舒適性分析。結(jié)果表明，雖然兩座橋梁的結(jié)構(gòu)基頻均低于3Hz的限制要求，但加速度時(shí)程響應(yīng)反應(yīng)的舒適性可以接受。