某鋼結構人行天橋的動力性能測試與評價

劉樹林

(廣州軍區空軍后勤部，廣東廣州 510070)

某人行天橋為單跨鋼結構簡支梁橋，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，了解該橋的振動規律和實際工作狀態，檢驗其動力性能及正常使用狀態是否滿足設計文件和相關規范的要求，進行了現場動力荷載試驗測試與分析，可為今后評估橋體結構性能演變，正常使用、維護和管理提供基礎參照和科學依據。

1 測試方案

1.1 測試儀器

動力荷載測試采用DH5922動態信號測試分析系統，16個采集通道均配備完全獨立的信號調理器、直流電壓放大器、低通濾波器、程控抗混濾波器和16位A/D轉換器。主要技術指標:輸入阻抗10MΩ//40PF，模數轉換器分辯率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)傳感器技術指標: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)傳感器技術指標: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膠水直接粘結在橋面上，粘結表面預先打磨平整，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(環境激勵)和強迫振動法(行走、跳躍激勵)對該橋進行動力特性現場測試。脈動法采用橋面無人通行情況下的車流環境激勵，強迫振動法以一個人在跨中區域橋面的跳躍，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;1個YD-25三向傳感器，利用502膠水粘結于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。

2 測試結果

2.1 加速度響應及頻譜

利用通行車流的環境激勵作用，由橋面跨中豎向加速度響應時程及其頻譜結構測試結果，在環境激勵下橋面豎向振動響應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時程及其頻譜結構，在單人行走激勵下橋面豎向振動響應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時程及其頻譜結構，在雙人行走激勵下橋面豎向振動響應主要以一階振型和二階振型為主。

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

2.2 自振頻率

現場測試數據分析采用較大重疊率和較多的平均次數，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的模態進行辨識，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。可以發現，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規范第2.5.4條“為避免共振，減小行人不安全感，天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3 Hz”的要求，提示該橋在豎向平面內剛度冗余度較小。

在橋面無人跑步行進，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，主要是由于構造上橋體箱梁橫隔設置不盡合理，支座段密而跨中段稀，且設置的縱向加勁肋厚度和間距偏弱。當有少量行人(2人)在橋面正常行進的條件下，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，橋面加速度響應時程曲線局部具有“拍”現象的趨勢。

4 評價結論

1)該人行天橋橋體箱梁的豎向實測基頻為3.418 Hz，雖高于規范建議的下限值3 Hz，但提示出該橋在豎向平面內剛度冗余度較小。

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，容易形成拍振現象，加之正常使用狀態下的橋面振感明顯，長期使用造成的應力疲勞會對主體結構的安全性造成隱患。

4)為保證該人行天橋正常使用狀態下的動力性能，建議在橋梁跨中部位設置扁柱支撐或進行增加豎向剛度的構造措施，并對箱梁鋼結構和焊縫進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構的振動響應指紋，可為今后評估振動特性變化，以及橋體的維護和使用提供基礎參照。考慮到該人行天橋的重要性以及現存的動力性能狀況，故建議每年進行一次動測檢查。

［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］.建筑科學與工程學報，2008，25(3)：122-125.