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)

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。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準，并結(jié)合工程實例，論述相關(guān)評價標準在人行天橋減振加固設(shè)計中的應用。

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，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準，并結(jié)合工程實例，論述相關(guān)評價標準在人行天橋減振加固設(shè)計中的應用。

1 人行天橋舒適度評價標準

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準。

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準［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)振動響應的峰值加速度作為人行橋的舒適度評價指標，在行人荷載作用下，人行橋的豎向振動加速度和側(cè)向振動加速度應滿足相應容許限值要

求［3］。

國際化標準組織ISO規(guī)范制定的振動舒適度國際通用標準，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曲線，舒適度的臨界值為該基準曲線上的數(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不大于查國際化標準組織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。但是對于當行人靜止于橋上時，舒適度的臨界指標要適當降低到行人運動中舒適度指標的一半，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。基本驗證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；當行人正常通行時，行人無明顯振感；當行人跑步通過時，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。總結(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，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)于舒適性評價的標準較能符合工程實際，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］.上海大學學報,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。