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［摘要］本文通過對某主跨為65．73m的鋼管桁架人行橋進(jìn)行全橋有限元計(jì)算分析和橋梁荷載試驗(yàn)，分析大跨鋼管桁架人行天橋的承載能力及動力特性。試驗(yàn)及分析結(jié)果表明:鋼桁架人行天橋上部結(jié)構(gòu)性能夠滿足設(shè)計(jì)荷載作用下的安全使用要求。橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測與理論自振頻率的偏差均在10%之內(nèi);豎向一階自振頻率實(shí)測值為2．25Hz，不滿足規(guī)范中人行天橋的要求。安裝TMD阻尼器后對結(jié)構(gòu)減振效果不明顯，需要對TMD阻尼器的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使其減振效果達(dá)到最大化。本文所應(yīng)用分析方法對解決同類工程問題具有借鑒作用。

［關(guān)鍵詞］鋼管桁架人行橋;荷載試驗(yàn);有限元分析;自振特性

0引言

隨著城市快速路、高速公路、軌道交通等交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展，對城市人行過街體系也不斷地提出新的要求［1］，而鋼桁架人行天橋由于其造型美觀，跨越能力強(qiáng)，施工迅速［2］等優(yōu)勢越來越被廣泛地應(yīng)用于過街人行橋中。與傳統(tǒng)的人行天橋相比，鋼桁架人形天橋的跨越能力大大提高，在跨徑相同情況下可以大大地減少支撐體系數(shù)量。然而隨著跨徑的增加，鋼桁架人形天橋的使用性能以及基頻偏低的問題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)［3］。本文通過計(jì)算分析及橋梁荷載試驗(yàn)對某長跨鋼桁架人行天橋的承載能力及動力特性進(jìn)行評價(jià)，為其他同類工程提供借鑒作用。

1工程背景

某鋼桁架人形橋主跨65.73m為空心鋼管桁架人形天橋，其跨徑布置為15.63m+65.73m+11.52m，其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。該橋?yàn)閺潣螋~腹式造型，橋面變寬變高，橋?qū)捰?992mm漸變至4065mm，梁高由1565mm漸變至4015mm，兩側(cè)設(shè)置安全玻璃欄桿及不銹鋼扶手;上部分段模塊之間的連接均采用高強(qiáng)摩擦型螺栓連接。梯道橋墩采用鋼管立柱，微型鋼管接地系梁;主橋采用鋼筋砼橋墩，并內(nèi)置鋼骨架加勁，橋墩造型呈不規(guī)則的人字形，以增強(qiáng)景觀效果。橋面采用5～7cmC40砼+2cm防滑地磚鋪裝。鋼構(gòu)件均采用Q345D鋼。設(shè)計(jì)荷載:人群荷載:5.0kN/m2。

2有限元模型

利用MIDASCIVIL建立鋼管桁架天橋整體有限元模型，由于本文僅對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在建模過程中只建立了上部結(jié)構(gòu)的空間鋼管桁架及橋面板，對于支承點(diǎn)采用約束節(jié)點(diǎn)的方式模擬，上下弦及腹桿鋼管均采用梁單元模擬，橋面板采用板單元模擬，鋼管及橋面板均考慮其為彈性材料，材料性能按現(xiàn)行規(guī)范取值。基于有限元模型對橋梁在設(shè)計(jì)荷載及實(shí)際加載作用下的響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，確定靜力荷載試驗(yàn)計(jì)算值以及結(jié)構(gòu)自振特性計(jì)算值。

3橋梁靜力荷載試驗(yàn)

3.1荷載試驗(yàn)效率

根據(jù)《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T233－2015)［4］，各工況必須滿足的要求荷載試驗(yàn)效率要求。

3.2測點(diǎn)布置

本次試驗(yàn)的撓度測試截面，包括主跨跨中截面，1/4L截面及支座截面，通過測試得到試驗(yàn)跨在進(jìn)行支座修正后的跨中截面撓度及L/4截面撓度。每個(gè)截面的內(nèi)弧和外弧分別設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)。

3.3試驗(yàn)過程

試驗(yàn)前，對橋梁進(jìn)行預(yù)加載。正式加載按五級進(jìn)行分級加載，先進(jìn)行工況一級加載，待加載穩(wěn)定后，測讀控制截面主要測點(diǎn)應(yīng)變和撓度，并觀察重點(diǎn)部位工作現(xiàn)狀;滿足試驗(yàn)控制標(biāo)準(zhǔn)后，繼續(xù)下級加載，直至滿載，穩(wěn)定后檢測應(yīng)變及撓度的發(fā)展情況;讀數(shù)完畢后，卸載，待橋梁恢復(fù)變形穩(wěn)定后，進(jìn)行讀數(shù)，檢測應(yīng)變及撓度的恢復(fù)情況。

3.4靜力荷載試驗(yàn)

結(jié)果變形檢測結(jié)果。檢測結(jié)果表明，所測桁架的變形校驗(yàn)系數(shù)在0.72～0.85之間，最大相對殘余變形為3.87%。各級荷載作用下?lián)隙惹€詳見圖8，荷載－變形曲線基本呈現(xiàn)線性關(guān)系。

4橋梁動力荷載試驗(yàn)

4.1橋梁自振特性試驗(yàn)

采用環(huán)境隨機(jī)振動法測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動等隨機(jī)荷載激振而引起的橋梁結(jié)構(gòu)微幅振動響應(yīng)，以分析橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性。

4.2橋梁人致振動荷載試驗(yàn)

由于該橋豎向基頻不滿足規(guī)范要求，因此對在橋梁中跨跨中安裝了TMD阻尼器，通過阻尼器減小橋跨的振幅，使得減小橋梁豎向振幅，提高人行舒適度，本文通過安裝阻尼器前后的人致振動荷載試驗(yàn)，對阻尼器的減振效果進(jìn)行了評估。據(jù)不同的人數(shù)及步頻分6個(gè)工況進(jìn)行試驗(yàn)，各工況下橋梁結(jié)構(gòu)的跨中測點(diǎn)加速度峰值5，工況一作用下三個(gè)測點(diǎn)的平均譜、跨中測點(diǎn)豎向加速度時(shí)程、跨中測點(diǎn)橫向加速度時(shí)程。

5結(jié)論

(1)通過工程背景鋼桁架人行天橋靜力荷載試驗(yàn)表明，橋梁上部結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計(jì)荷載(人群5.0kN/m2)作用下的安全使用要求。(2)通過工程背景鋼桁架人行天橋自振特性試驗(yàn)表明，橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測與理論自振頻率的偏差均在10%之內(nèi);豎向一階自振頻率實(shí)測值為2.25Hz，不滿足規(guī)范［4］中人行天橋“結(jié)構(gòu)豎向最低自振頻率不應(yīng)小于3Hz”的要求。(3)安裝TMD阻尼器后，結(jié)構(gòu)豎向振幅變化不大，需要根據(jù)人行橋的結(jié)構(gòu)特性對TMD阻尼器進(jìn)行進(jìn)一步的參數(shù)優(yōu)化分析，確定最適用于本工程的阻尼器參數(shù)，使得TMD阻尼器的減振效果最大化。

參考文獻(xiàn)

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作者：劉祥民 單位：福建省建筑科學(xué)研究院