景区人行桥人致振动舒适性分析

钟婧如

（浙江交工集团股份有限公司设计院分公司，浙江杭州 310000）

1 研究背景

景区人行桥兼具景观标志性及功能性。行人荷载较小，为追求景观视觉冲击力及美观性，此类桥梁普遍存在柔性、大跨、低阻尼的结构特点，造成结构自振频率与行人步伐频率相近，引起桥梁明显超越舒适性要求的共振问题。

针对人致振动问题，我国《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69—95）[1]要求为避免共振、减少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于3Hz。为满足基频要求，目前国内桥梁工程师的普遍做法是采用墩梁固结或加大梁高等方法提升结构整体刚度。方法简单有效，但直接导致结构材料用量过度，不能充分实现材料强度潜能。

除了频率规避法，目前国际上较主流的为以动力峰值加速度为评价指标的人行桥振动舒适性设计方法，如英国规范BS5000等标准。2017年，住建部提出了由北京市政工程研究院牵头起草的《城市人行天桥与人行地道技术规范（征求意见稿）》。此次修订在3Hz要求的基础上补充了人致振动加速度验算方法，为大跨柔性景观人行桥的设计提供依据。本文参考相关人行桥振动加速度舒适性设计方法，针对两座不满足现行规范频率要求的景区人行桥进行人致振动舒适性分析，为此类桥梁的振动舒适性设计提供参考依据。

2 工程概况

2.1 一号桥梁

一号景观人行桥采用一跨72.0m的下承式钢管混凝土拱桥，桥梁工程全长94m，宽28m。全桥设置4片拱肋，2片主拱肋和2片副拱肋。单侧共设2片拱肋，为1片主拱肋和1片副拱肋，主拱肋与副拱肋采用拱肋连接片相连。主拱肋拱轴线采用二次抛物线，矢高为14.4m，主拱跨径为72m，矢跨比为1/5，拱肋采用D1100mm圆形截面钢管混凝土结构，钢管壁厚为22mm，钢管内灌C50自密实收缩补偿混凝土。

主梁为直接承受荷载的结构，本桥主梁采用整体钢箱梁结构，在箱梁断面中央顶底板镂空形成2m分隔观光带，左、右两侧则均为单箱三室截面。主梁顶底板采用带正交异性桥面板。顶板钢板厚度为14mm，底板为14mm，在边拱肋区域附近和断面中央附近顶底板均加厚至25mm。除在拱脚支座位置设置3.5m宽度横梁外，顺桥向每隔2.25m设置一道横梁，横梁的高度由桥梁中心线向两侧高度逐渐减小，横梁厚度为22m。

本桥吊杆顺桥向布置间距为2.25m，每侧主拱肋吊杆均为27根，全桥共54根。吊杆均采用OVM.GJ15-5型1860钢绞线整束挤压吊杆,每侧副拱肋吊杆均为27根，全桥共54根。副拱肋吊杆采用Ф5mm不锈钢钢索。

2.2 二号桥梁

二号景观人行桥为连续钢箱梁结构。跨径布置（22.0+32.0+22.0）m，桥梁全长80.0m。桥梁总宽7.0m。上部结构均采用闭口截面焊接钢箱梁结构，采用等宽等高单箱多室截面。箱梁高度均1.2m，底板宽度5.1m，顶板宽度7.0m，悬臂长1.0m，采用直腹板。

箱梁顶板、底板厚度均为12mm，腹板厚度为12mm，箱梁顶板、底板和腹板均设有纵向加劲肋。箱梁横向基本每隔2.0m设置一道横隔板，横隔板均按沿桥梁轴线径向布置。

3 人致振动分析

3.1 计算模型

采用MidasCivil2020有限元计算程序建立模型，1号桥采用桁架单元模拟拱肋吊杆，其他均采用梁单元模拟，共建立54个桁架单元，433个梁单元，334个节点。2号桥均采用梁单元模拟，共建立218个梁单元，195个节点。

1号桥及2号桥计算模型如图1、图2所示。

图1 1号桥有限元计算模型

图2 2号桥有限元计算模型

3.2 结构动力特性

通过MidasCivil阵型分析，1号桥主梁竖向第一阶频率为2.177Hz、第二阶频率为2.281Hz，2号桥主梁竖向第一阶频率为2.6Hz，均小于3Hz要求。

1号桥、2号桥自振模态如图3、图4所示。

图3 1号桥结构自振特性

图4 2号桥结构自振特性（竖向第一阶模态2.6Hz）

3.3 竖向振动舒适性分析

由于不能满足竖向基频≥3Hz，根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69—95），对上述两座人行桥进行竖向人致振动舒适性验算。

取人群密度为1.5人/m2，阻尼比取为1号桥0.1%、2号桥0.05%，两座桥人群动荷载作用下的结构峰值加速度如图5、图6所示。

图5 1号桥加速度时程响应结果

图6 2号桥加速度时程响应结果

第一跨主梁竖向第一模态峰值加速度0.306m/s2，第二跨0.247m/s2，第三跨0.089m/s2。

根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69—95，行人舒适性评价等级应高于CL3等级，达到CL1等级。1、2号桥三个模态相对应的加速度限值分别如表1所示。

表1 行人舒适度评价标准

由动力计算结果可知，1号桥在人群共振动载作用下的竖向峰值加速度为0.556m/s2，属于CL2舒适等级，2号桥在人群共振动载作用下的竖向峰值加速度为0.306m/s2，属于CL1舒适等级，均满足舒适性要求。

4 结语

本文根据竖向峰值加速度舒适性评价方法，对两座在建景观人行桥进行竖向人致振动舒适性分析。结果表明，虽然两座桥梁的结构基频均低于3Hz的限制要求，但加速度时程响应反应的舒适性可以接受。