某钢结构人行天桥的动力性能测试与评价

刘树林

(广州军区空军后勤部，广东广州 510070)

某人行天桥为单跨钢结构简支梁桥，全长为30.0 m，净跨长度为27.5 m，全宽为4.2 m，净宽为4.0 m，桥下净高为5.0 m。梁部为等截面钢箱梁，由钢板焊接组合而成，箱梁高0.9 m，箱梁顶宽4.2 m，底宽2.1 m，顶板、底板、腹板和墩顶加密横隔板采用Q345qc钢，其余部位均采用Q235qc钢。设计荷载为人群荷载4.0 kN/m2，地震动峰值加速度为 0.05g。

由于该人行天桥在正常使用过程中振感比较明显，为判断该桥的基本振动特性，了解该桥的振动规律和实际工作状态，检验其动力性能及正常使用状态是否满足设计文件和相关规范的要求，进行了现场动力荷载试验测试与分析，可为今后评估桥体结构性能演变，正常使用、维护和管理提供基础参照和科学依据。

1 测试方案

1.1 测试仪器

动力荷载测试采用DH5922动态信号测试分析系统，16个采集通道均配备完全独立的信号调理器、直流电压放大器、低通滤波器、程控抗混滤波器和16位A/D转换器。主要技术指标:输入阻抗10MΩ//40PF，模数转换器分辩率16bit，测量值不确定度小于 0.5%(F.S)，阻带衰减约 －24dB/oct，最大采样频率 50 kHz。

振动信号拾取采用DH-105(单向)和YD-25(X/Y/Z三向)压电式加速度传感器。DH-105(单向)传感器技术指标:测量极限300 ms－2，频率范围0.2 Hz～500 Hz，横向灵敏度小于5%，安装谐振频率3 kHz。YD-25(X/Y/Z三向)传感器技术指标:测量极限350 ms－2，频率范围0.1 Hz～500 Hz，横向灵敏度分别小于2.3%，1.7%和 5.0%，安装谐振频率 2 kHz。

传感器利用502胶水直接粘结在桥面上，粘结表面预先打磨平整，并用丙酮清洗干净。传感器与电荷放大器间采用10 m～35 m的低噪声L5信号线相连。

1.2 荷载工况

针对该桥存在振感较大的问题，采用脉动法(环境激励)和强迫振动法(行走、跳跃激励)对该桥进行动力特性现场测试。脉动法采用桥面无人通行情况下的车流环境激励，强迫振动法以一个人在跨中区域桥面的跳跃，单人和双人以正常速度行走通过桥面作为激励。

1.3 测点布置

在本次动力荷载现场试验测试中，使用2个DH-105单向传感器，分别利用502胶水粘结于1/4跨点和3/4跨点的桥面中央，用以测量各荷载工况下桥面的竖向加速度响应;1个YD-25三向传感器，利用502胶水粘结于1/2跨点的桥面中央，用以测量各荷载工况下桥面的竖向和横向加速度响应。

2 测试结果

2.1 加速度响应及频谱

利用通行车流的环境激励作用，由桥面跨中竖向加速度响应时程及其频谱结构测试结果，在环境激励下桥面竖向振动响应主要以一阶振型和二阶振型为主。

在单个行人以正常速度行走通过桥面的激励下，由桥面跨中竖向加速度响应时程及其频谱结构，在单人行走激励下桥面竖向振动响应主要以一阶振型和二阶振型为主。

在两个行人以正常速度行走通过桥面的激励下，由桥面跨中竖向加速度响应时程及其频谱结构，在双人行走激励下桥面竖向振动响应主要以一阶振型和二阶振型为主。

在单人位于跨中区域桥面跳跃的激励下，由桥面跨中竖向加速度响应时程及其频谱结构，在跳跃激励下桥面竖向振动响应主要以一阶振型为主。

2.2 自振频率

现场测试数据分析采用较大重叠率和较多的平均次数，以改善信号频谱分析的精度，对各荷载工况激励下各测点加速度响应的模态进行辨识，得出桥体箱梁竖向一阶和二阶自振频率实测平均值分别为 3.418 Hz和 11.719 Hz。

2.3 桥面最大加速度

在环境激励、单人行走激励、双人行走激励和跳跃激励下，桥面最大加速度实测值分别为 0.063 m/s2，0.891 m/s2，1.006 m/s2和3.376 m/s2。可以发现，桥体箱梁在单人行走激励、双人行走激励和跳跃激励的荷载工况中，测得的桥面最大加速度峰值均较大地超过0.15 m/s2～0.25 m/s2的人体感觉舒适范围，因此桥面振感明显。

3 结果分析

该人行天桥的振动主要为竖向振动，以一阶振型和二阶振型为主，扭转振动不明显。桥体箱梁的一阶竖向自振频率实测值为3.418 Hz，基本处于人体行走或者跑步(2.0 Hz～3.0 Hz)的频率范围，且接近CJJ 69-95城市人行天桥与人行地道技术规范第2.5.4条“为避免共振，减小行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于3 Hz”的要求，提示该桥在竖向平面内刚度冗余度较小。

在桥面无人跑步行进，且步行行人不多的条件下，测得单人行走激励下的桥面最大加速度幅值为0.891 m/s2，该值超过了人体感觉舒适度的要求，桥面上的振动感和不舒适感明显，主要是由于构造上桥体箱梁横隔设置不尽合理，支座段密而跨中段稀，且设置的纵向加劲肋厚度和间距偏弱。当有少量行人(2人)在桥面正常行进的条件下，测得双人行走激励下的桥面最大加速度幅值为1.006 m/s2，桥面振感十分明显，特别是由于桥体箱梁基频较低，桥面加速度响应时程曲线局部具有“拍”现象的趋势。

4 评价结论

1)该人行天桥桥体箱梁的竖向实测基频为3.418 Hz，虽高于规范建议的下限值3 Hz，但提示出该桥在竖向平面内刚度冗余度较小。

2)在单人行走和双人行走激励下，测得桥面最大加速度幅值分别为0.891 m/s2和1.006 m/s2，超出人体感觉舒适度的要求，因此在正常使用条件下桥面振感明显。

3)由于该人行天桥基频较低，基本处于人体行走或者跑步的频率范围，容易形成拍振现象，加之正常使用状态下的桥面振感明显，长期使用造成的应力疲劳会对主体结构的安全性造成隐患。

4)为保证该人行天桥正常使用状态下的动力性能，建议在桥梁跨中部位设置扁柱支撑或进行增加竖向刚度的构造措施，并对箱梁钢结构和焊缝进行一次全面的探伤检查。

5)本次动力测试建立了桥体箱梁结构的振动响应指纹，可为今后评估振动特性变化，以及桥体的维护和使用提供基础参照。考虑到该人行天桥的重要性以及现存的动力性能状况，故建议每年进行一次动测检查。

［1］何宗成，王柏生.大跨度人行天桥的振动影响测试与分析［J］.振动与冲击，2006，25(4)：138-141.

［2］陈 峰，王建华，胡庆安，等.大跨径人行天桥静、动载试验检测与评价分析［J］.建筑科学与工程学报，2008，25(3)：122-125.