基于舒適度評價的鋼結構人行天橋減振加固設計

程江

(深圳市綜合交通設計研究院有限公司，廣東深圳 518000)

基于舒適度評價的鋼結構人行天橋減振加固設計

程江

(深圳市綜合交通設計研究院有限公司，廣東深圳 518000)

鋼結構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構振動而產生不舒適感或不安全感。然而，目前我國有關設計規范中，沒有給出人行天橋的振動舒適度評價指標。參考國外相關規范中關于人行天橋舒適度的評價標準，并結合工程實例，論述相關評價標準在人行天橋減振加固設計中的應用。

鋼結構；人行天橋；加固

0 引言

近來年，隨著城市建設對人文關懷理念的愈加重視，人行天橋作為一種能較好保障行人過街安全的公共設施，在各大城市的分布密度越來越大。其中，鋼結構形式的人行天橋由于具有景觀效果好、施工工期短等優點而得到了廣泛的采用。

鋼結構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構振動而產生不舒適感或不安全感。然而，目前我國有關設計規范中，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規范》(CJJ69-95)中規定“天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3 Hz”［1］，以此來避免人行激勵產生的共振影響，但該規定過于簡單，不能滿足實際評價的需要。

本文參考國外相關規范中關于人行天橋舒適度的評價標準，并結合工程實例，論述相關評價標準在人行天橋減振加固設計中的應用。

1 人行天橋舒適度評價標準

我國有關規范中沒有關于人行天橋振動舒適度的評價標準。

英國規范BS5400規定：對于在無荷載時的基本自振頻率f0＞5Hz的上部結構，可以認為其滿足運營振動要求。對于基本自振頻率f0≤5Hz的上部結構，其任何部分的最大垂直加速度應不大于該規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］。

歐盟規范Eurocodes 5規定：無活載狀態下的結構豎向基本固有頻率f＞5 Hz、橫向基本固有頻率f＜2.5 Hz時，人行天橋的結構振動舒適性要求能得到滿足，否則需進行相關的驗算。該規范使用結構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系曲線為基礎的。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值乘以60倍的放大系數［4］。

2 工程實例

2.1 工程概況

本天橋位于深圳市內某城市I級主干道上，附近有大型體育場館，高峰人流量較大。天橋結構為2×24.2 m簡支鋼箱梁橋，主梁高0.8 m，在兩端各設置兩座梯道，見圖1。主橋和梯道的材料均為普通碳素鋼，均采用工廠預制現場吊裝的施工方法。下部橋墩為鋼管柱式墩，基礎為擴大基礎。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，相關部門組織對該天橋進行檢測及減振加固設計。

圖1 天橋立面布置圖(單位：cm)

2.2 行人產生不舒適感原因分析

根據現場檢測，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］。結合現場調查，人靜止在橋跨中間時能感受到較明顯振動。從而說明結構自振頻率f0＜5Hz時，應對豎向最大加速進行限制。按照英國規范BS5400附錄C的規定，對于基本自振頻率f0≤5Hz的上部結構，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，本橋上部結構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生振動使行人有一些不舒適是由于上部結構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 減振加固設計方案

針對2.2節的分析結論，本次加固設計除對常規病害進行維修外，主要采取結構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象。相關措施包括：

(1)將主梁的簡支結構改造成連續結構，將主梁在2號墩兩側各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。

(2)在各橋墩墩柱外側包封C35細石子補償收縮混凝土，鋼管焊接設置剪力釘，改成縱向圓端薄壁墩，以增加下部結構的剛度。

2.4 計算結果

加固前后結構各方向的頻率見表1，加固前后分別按照英國規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

計算加固前結構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。測試結果表明結構的豎向自振頻率增大至3.30 Hz，與計算結果基本吻合；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 結語

本文綜合論述了國內外相關規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。總結如下：

(1)國內設計規范缺少關于舒適性評價的指標，僅對結構豎向自振頻率作出限制要求存在不足。

(2)實踐證明，英國規范BS5400中關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規范的條件下，設計人員可參考該規范進行人行天橋舒適度的評估，確保所設計人行天橋安全、舒適。

［1］ CJJ69一95,城市人行天橋與人行地道技術規范［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，從事橋梁設計工作。