某鋼結(jié)構(gòu)人行天橋的動力性能測試與評價

劉樹林

(廣州軍區(qū)空軍后勤部，廣東廣州 510070)

某人行天橋為單跨鋼結(jié)構(gòu)簡支梁橋，全長為30.0 m，凈跨長度為27.5 m，全寬為4.2 m，凈寬為4.0 m，橋下凈高為5.0 m。梁部為等截面鋼箱梁，由鋼板焊接組合而成，箱梁高0.9 m，箱梁頂寬4.2 m，底寬2.1 m，頂板、底板、腹板和墩頂加密橫隔板采用Q345qc鋼，其余部位均采用Q235qc鋼。設(shè)計荷載為人群荷載4.0 kN/m2，地震動峰值加速度為 0.05g。

由于該人行天橋在正常使用過程中振感比較明顯，為判斷該橋的基本振動特性，了解該橋的振動規(guī)律和實際工作狀態(tài)，檢驗其動力性能及正常使用狀態(tài)是否滿足設(shè)計文件和相關(guān)規(guī)范的要求，進(jìn)行了現(xiàn)場動力荷載試驗測試與分析，可為今后評估橋體結(jié)構(gòu)性能演變，正常使用、維護(hù)和管理提供基礎(chǔ)參照和科學(xué)依據(jù)。

1 測試方案

1.1 測試儀器

動力荷載測試采用DH5922動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)，16個采集通道均配備完全獨立的信號調(diào)理器、直流電壓放大器、低通濾波器、程控抗混濾波器和16位A/D轉(zhuǎn)換器。主要技術(shù)指標(biāo):輸入阻抗10MΩ//40PF，模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辯率16bit，測量值不確定度小于 0.5%(F.S)，阻帶衰減約 －24dB/oct，最大采樣頻率 50 kHz。

振動信號拾取采用DH-105(單向)和YD-25(X/Y/Z三向)壓電式加速度傳感器。DH-105(單向)傳感器技術(shù)指標(biāo):測量極限300 ms－2，頻率范圍0.2 Hz～500 Hz，橫向靈敏度小于5%，安裝諧振頻率3 kHz。YD-25(X/Y/Z三向)傳感器技術(shù)指標(biāo):測量極限350 ms－2，頻率范圍0.1 Hz～500 Hz，橫向靈敏度分別小于2.3%，1.7%和 5.0%，安裝諧振頻率 2 kHz。

傳感器利用502膠水直接粘結(jié)在橋面上，粘結(jié)表面預(yù)先打磨平整，并用丙酮清洗干凈。傳感器與電荷放大器間采用10 m～35 m的低噪聲L5信號線相連。

1.2 荷載工況

針對該橋存在振感較大的問題，采用脈動法(環(huán)境激勵)和強迫振動法(行走、跳躍激勵)對該橋進(jìn)行動力特性現(xiàn)場測試。脈動法采用橋面無人通行情況下的車流環(huán)境激勵，強迫振動法以一個人在跨中區(qū)域橋面的跳躍，單人和雙人以正常速度行走通過橋面作為激勵。

1.3 測點布置

在本次動力荷載現(xiàn)場試驗測試中，使用2個DH-105單向傳感器，分別利用502膠水粘結(jié)于1/4跨點和3/4跨點的橋面中央，用以測量各荷載工況下橋面的豎向加速度響應(yīng);1個YD-25三向傳感器，利用502膠水粘結(jié)于1/2跨點的橋面中央，用以測量各荷載工況下橋面的豎向和橫向加速度響應(yīng)。

2 測試結(jié)果

2.1 加速度響應(yīng)及頻譜

利用通行車流的環(huán)境激勵作用，由橋面跨中豎向加速度響應(yīng)時程及其頻譜結(jié)構(gòu)測試結(jié)果，在環(huán)境激勵下橋面豎向振動響應(yīng)主要以一階振型和二階振型為主。

在單個行人以正常速度行走通過橋面的激勵下，由橋面跨中豎向加速度響應(yīng)時程及其頻譜結(jié)構(gòu)，在單人行走激勵下橋面豎向振動響應(yīng)主要以一階振型和二階振型為主。

在兩個行人以正常速度行走通過橋面的激勵下，由橋面跨中豎向加速度響應(yīng)時程及其頻譜結(jié)構(gòu)，在雙人行走激勵下橋面豎向振動響應(yīng)主要以一階振型和二階振型為主。

在單人位于跨中區(qū)域橋面跳躍的激勵下，由橋面跨中豎向加速度響應(yīng)時程及其頻譜結(jié)構(gòu)，在跳躍激勵下橋面豎向振動響應(yīng)主要以一階振型為主。

2.2 自振頻率

現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)分析采用較大重疊率和較多的平均次數(shù)，以改善信號頻譜分析的精度，對各荷載工況激勵下各測點加速度響應(yīng)的模態(tài)進(jìn)行辨識，得出橋體箱梁豎向一階和二階自振頻率實測平均值分別為 3.418 Hz和 11.719 Hz。

2.3 橋面最大加速度

在環(huán)境激勵、單人行走激勵、雙人行走激勵和跳躍激勵下，橋面最大加速度實測值分別為 0.063 m/s2，0.891 m/s2，1.006 m/s2和3.376 m/s2。可以發(fā)現(xiàn)，橋體箱梁在單人行走激勵、雙人行走激勵和跳躍激勵的荷載工況中，測得的橋面最大加速度峰值均較大地超過0.15 m/s2～0.25 m/s2的人體感覺舒適范圍，因此橋面振感明顯。

3 結(jié)果分析

該人行天橋的振動主要為豎向振動，以一階振型和二階振型為主，扭轉(zhuǎn)振動不明顯。橋體箱梁的一階豎向自振頻率實測值為3.418 Hz，基本處于人體行走或者跑步(2.0 Hz～3.0 Hz)的頻率范圍，且接近CJJ 69-95城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范第2.5.4條“為避免共振，減小行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3 Hz”的要求，提示該橋在豎向平面內(nèi)剛度冗余度較小。

在橋面無人跑步行進(jìn)，且步行行人不多的條件下，測得單人行走激勵下的橋面最大加速度幅值為0.891 m/s2，該值超過了人體感覺舒適度的要求，橋面上的振動感和不舒適感明顯，主要是由于構(gòu)造上橋體箱梁橫隔設(shè)置不盡合理，支座段密而跨中段稀，且設(shè)置的縱向加勁肋厚度和間距偏弱。當(dāng)有少量行人(2人)在橋面正常行進(jìn)的條件下，測得雙人行走激勵下的橋面最大加速度幅值為1.006 m/s2，橋面振感十分明顯，特別是由于橋體箱梁基頻較低，橋面加速度響應(yīng)時程曲線局部具有“拍”現(xiàn)象的趨勢。

4 評價結(jié)論

1)該人行天橋橋體箱梁的豎向?qū)崪y基頻為3.418 Hz，雖高于規(guī)范建議的下限值3 Hz，但提示出該橋在豎向平面內(nèi)剛度冗余度較小。

2)在單人行走和雙人行走激勵下，測得橋面最大加速度幅值分別為0.891 m/s2和1.006 m/s2，超出人體感覺舒適度的要求，因此在正常使用條件下橋面振感明顯。

3)由于該人行天橋基頻較低，基本處于人體行走或者跑步的頻率范圍，容易形成拍振現(xiàn)象，加之正常使用狀態(tài)下的橋面振感明顯，長期使用造成的應(yīng)力疲勞會對主體結(jié)構(gòu)的安全性造成隱患。

4)為保證該人行天橋正常使用狀態(tài)下的動力性能，建議在橋梁跨中部位設(shè)置扁柱支撐或進(jìn)行增加豎向剛度的構(gòu)造措施，并對箱梁鋼結(jié)構(gòu)和焊縫進(jìn)行一次全面的探傷檢查。

5)本次動力測試建立了橋體箱梁結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)指紋，可為今后評估振動特性變化，以及橋體的維護(hù)和使用提供基礎(chǔ)參照。考慮到該人行天橋的重要性以及現(xiàn)存的動力性能狀況，故建議每年進(jìn)行一次動測檢查。

［1］何宗成，王柏生.大跨度人行天橋的振動影響測試與分析［J］.振動與沖擊，2006，25(4)：138-141.

［2］陳 峰，王建華，胡慶安，等.大跨徑人行天橋靜、動載試驗檢測與評價分析［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2008，25(3)：122-125.