景區人行橋人致振動舒適性分析

鐘婧如

（浙江交工集團股份有限公司設計院分公司，浙江杭州 310000）

1 研究背景

景區人行橋兼具景觀標志性及功能性。行人荷載較小，為追求景觀視覺沖擊力及美觀性，此類橋梁普遍存在柔性、大跨、低阻尼的結構特點，造成結構自振頻率與行人步伐頻率相近，引起橋梁明顯超越舒適性要求的共振問題。

針對人致振動問題，我國《城市人行天橋與人行地道技術規范》（CJJ69—95）[1]要求為避免共振、減少行人不安全感，天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3Hz。為滿足基頻要求，目前國內橋梁工程師的普遍做法是采用墩梁固結或加大梁高等方法提升結構整體剛度。方法簡單有效，但直接導致結構材料用量過度，不能充分實現材料強度潛能。

除了頻率規避法，目前國際上較主流的為以動力峰值加速度為評價指標的人行橋振動舒適性設計方法，如英國規范BS5000等標準。2017年，住建部提出了由北京市政工程研究院牽頭起草的《城市人行天橋與人行地道技術規范（征求意見稿）》。此次修訂在3Hz要求的基礎上補充了人致振動加速度驗算方法，為大跨柔性景觀人行橋的設計提供依據。本文參考相關人行橋振動加速度舒適性設計方法，針對兩座不滿足現行規范頻率要求的景區人行橋進行人致振動舒適性分析，為此類橋梁的振動舒適性設計提供參考依據。

2 工程概況

2.1 一號橋梁

一號景觀人行橋采用一跨72.0m的下承式鋼管混凝土拱橋，橋梁工程全長94m，寬28m。全橋設置4片拱肋，2片主拱肋和2片副拱肋。單側共設2片拱肋，為1片主拱肋和1片副拱肋，主拱肋與副拱肋采用拱肋連接片相連。主拱肋拱軸線采用二次拋物線，矢高為14.4m，主拱跨徑為72m，矢跨比為1/5，拱肋采用D1100mm圓形截面鋼管混凝土結構，鋼管壁厚為22mm，鋼管內灌C50自密實收縮補償混凝土。

主梁為直接承受荷載的結構，本橋主梁采用整體鋼箱梁結構，在箱梁斷面中央頂底板鏤空形成2m分隔觀光帶，左、右兩側則均為單箱三室截面。主梁頂底板采用帶正交異性橋面板。頂板鋼板厚度為14mm，底板為14mm，在邊拱肋區域附近和斷面中央附近頂底板均加厚至25mm。除在拱腳支座位置設置3.5m寬度橫梁外，順橋向每隔2.25m設置一道橫梁，橫梁的高度由橋梁中心線向兩側高度逐漸減小，橫梁厚度為22m。

本橋吊桿順橋向布置間距為2.25m，每側主拱肋吊桿均為27根，全橋共54根。吊桿均采用OVM.GJ15-5型1860鋼絞線整束擠壓吊桿,每側副拱肋吊桿均為27根，全橋共54根。副拱肋吊桿采用Ф5mm不銹鋼鋼索。

2.2 二號橋梁

二號景觀人行橋為連續鋼箱梁結構。跨徑布置（22.0+32.0+22.0）m，橋梁全長80.0m。橋梁總寬7.0m。上部結構均采用閉口截面焊接鋼箱梁結構，采用等寬等高單箱多室截面。箱梁高度均1.2m，底板寬度5.1m，頂板寬度7.0m，懸臂長1.0m，采用直腹板。

箱梁頂板、底板厚度均為12mm，腹板厚度為12mm，箱梁頂板、底板和腹板均設有縱向加勁肋。箱梁橫向基本每隔2.0m設置一道橫隔板，橫隔板均按沿橋梁軸線徑向布置。

3 人致振動分析

3.1 計算模型

采用MidasCivil2020有限元計算程序建立模型，1號橋采用桁架單元模擬拱肋吊桿，其他均采用梁單元模擬，共建立54個桁架單元，433個梁單元，334個節點。2號橋均采用梁單元模擬，共建立218個梁單元，195個節點。

1號橋及2號橋計算模型如圖1、圖2所示。

圖1 1號橋有限元計算模型

圖2 2號橋有限元計算模型

3.2 結構動力特性

通過MidasCivil陣型分析，1號橋主梁豎向第一階頻率為2.177Hz、第二階頻率為2.281Hz，2號橋主梁豎向第一階頻率為2.6Hz，均小于3Hz要求。

1號橋、2號橋自振模態如圖3、圖4所示。

圖3 1號橋結構自振特性

圖4 2號橋結構自振特性（豎向第一階模態2.6Hz）

3.3 豎向振動舒適性分析

由于不能滿足豎向基頻≥3Hz，根據《城市人行天橋與人行地道技術規范》（CJJ69—95），對上述兩座人行橋進行豎向人致振動舒適性驗算。

取人群密度為1.5人/m2，阻尼比取為1號橋0.1%、2號橋0.05%，兩座橋人群動荷載作用下的結構峰值加速度如圖5、圖6所示。

圖5 1號橋加速度時程響應結果

圖6 2號橋加速度時程響應結果

第一跨主梁豎向第一模態峰值加速度0.306m/s2，第二跨0.247m/s2，第三跨0.089m/s2。

根據《城市人行天橋與人行地道技術規范》（CJJ69—95，行人舒適性評價等級應高于CL3等級，達到CL1等級。1、2號橋三個模態相對應的加速度限值分別如表1所示。

表1 行人舒適度評價標準

由動力計算結果可知，1號橋在人群共振動載作用下的豎向峰值加速度為0.556m/s2，屬于CL2舒適等級，2號橋在人群共振動載作用下的豎向峰值加速度為0.306m/s2，屬于CL1舒適等級，均滿足舒適性要求。

4 結語

本文根據豎向峰值加速度舒適性評價方法，對兩座在建景觀人行橋進行豎向人致振動舒適性分析。結果表明，雖然兩座橋梁的結構基頻均低于3Hz的限制要求，但加速度時程響應反應的舒適性可以接受。