TMD对人行桥疲劳寿命的影响研究

针对人群运动导致人行结构振动过大而日益突出的疲劳破坏问题,可供参考的研究成果甚少。本文以钢-玻璃人行桥为试验平台开展关于安装TMD前后人致人行桥疲劳性能的研究,采用APS400电子激振器激励模拟人行荷载,通过长期应变监测数据,分析得出了该结构下的疲劳应力谱以及日平均损伤度,进而预估其疲劳寿命。结果表明:安装TMD后,结构1/2处的加速度峰值由0.15 m/s²减少到0.084 m/s²,减振率达44.0%;位移峰值由2.98 mm减少到0.92 mm,减振率达69.1%;应变幅值由40με减少到13με,减振率达67.5%。结构跨中处等效应力幅值最大,疲劳寿命最短,为74年;安装TMD后,结构跨中处疲劳寿命为2880年,延长近39倍,其他测点处依次延长了3.95倍、7.41倍。

基于稳态激励共振试验的人行桥全模态参数识别

识别包括模态质量在内的结构真实全模态参数是人行桥人致振动舒适度评价和减振设计的关键工作。提出一种基于稳态激励共振动力试验的人行桥全模态参数识别方法,该方法首先利用稳态激励共振动力试验,得到稳态激振下较大振幅的稳态振动;然后停止激励,从结构自由振动响应中识别结构频率、阻尼比和振型;最后利用稳态振幅以及识别的频率、阻尼比和振型,识别结构的模态质量。该方法仅需要一次激振试验就可以实现包括模态质量在内的人行桥全模态参数识别。通过仿真分析,研究了该方法的可行性以及激振频率偏离对模态参数识别的影响。采用该方法识别了一座大跨人行曲线斜拉桥1阶侧弯模态的全模态参数。研究结果表明,该方法能较可靠识别结构特定模态的频率、阻尼比和模态质量。

大跨度反向芬克式桁架人行桥总体设计

某跨京杭大运河人行桥采用反向芬克式桁架桥,桥梁全长198 m,跨径布置为(15.9+150+15.9)m。桥体造型以运河帆影为设计灵感,梁、塔、索造型以运河上的漕运船为蓝本。主梁采用封闭式单箱三室钢箱梁,桥塔塔柱及撑杆均采用钢制梭形结构,布置在主梁中央,并与主梁固结。拉索采用双叉耳热挤压高密度聚乙烯高应力幅钢绞线拉索与冷铸镦头的组合体系,塔顶处为固定端,梁端为张拉端。反向芬克式桁架桥的整体刚度由拉索的张拉力提供,合理初索力的确定是反向芬克式桁架桥设计的关键。边跨成桥索力大,且锚固位置受选址红线限制,为保证传力路径可靠,在边索与主梁交接处设整体式传力板。经人致振动分析,采取在距主跨跨中两侧28 m处各安装1对TMD的减振措施,以满足人行舒适度要求。

中、下承式索支承人行桥动力特性的对比分析

为了研究中承式人行索桥的动力特性与弯扭耦合特征,以某下承式人行索桥为蓝本,在相同设计条件下变化桥面高度,构造了中承式人行索桥模型,采用Midas/Civil软件建立有限元模型,通过自振特性分析并定义弯扭耦合系数,从动力特性的角度对中、下承式人行索桥进行对比分析,并对中承式索桥桥面位置和抗风缆参数对其动力性能的影响进行了研究。结果表明,同等设计条件下,两种桥型均存在横向弯扭振型耦合,中承式耦合程度更大。撑杆高度增大会使扭转主振型延后,频率增大,但各阶竖弯频率和一阶横弯主振型频率减小。随抗风缆矢跨比的增大,结构竖弯和扭转频率略有减小,对称横弯频率增大,反对称横弯频率减小。随抗风缆倾角的增大,结构竖弯、扭转和高阶横弯频率增大,但会降低结构横弯基频。抗风缆矢跨比和倾角的增大均使中承式索桥振型的弯扭耦合程度增强。

大跨反向芬克式人行桥舒适度研究

在人致荷载作用下,大跨度人行桥容易出现振动幅度过大的问题,桥梁建成后,需要对桥梁结构的舒适度进行评价。以大跨反向芬克式人行桥为例,参考《城市人行天桥与人行地道技术规范》CJJ/69(征求意见稿),对人行桥的行人舒适度评价方法和评价方案进行研究,结果表明该人行桥的舒适度评价等级为最佳。根据本文研究成果,可为反向芬克式人行天桥的舒适度分析和研究提供实际参考。

比利时萨兰加人行桥

比利时萨兰加人行桥(Salangaan Footbridge,见图1)位于菲尔福尔德市,跨越布鲁塞尔—斯海尔特海上运河,是一座跨中开启的对开式开启桥(见图2),采用设计、建造和管养的一体化模式修建和管理。该桥长115 m,主跨长66 m,闭合状态下,桥梁呈斜拉桥结构。

人行桥人致横向振动及横向锁定分析

为了研究人群荷载下人行桥的人致振动特性,采用Duhamel积分求解了行人上下桥过程中简支梁桥的人致横向振动理论解,分析了横向锁定条件和临界人数。结果表明:与原地踏步相比,行人上下桥过程中,桥梁横向振动响应增大;频率比为1.0时,跨中横向加速度最大,产生横向锁定的同步临界人数最少;随着桥上总人数增加,跨中横向加速度最大值线性增加,但超过临界人数后由于同步概率的增加使增长幅度提高;在临界人数附近桥梁发生横向锁定,行人舒适性接近“较差”等级下限值。

新西兰新曼格雷人行桥

新西兰新曼格雷人行桥(NgāHau Māngere,见图1)位于奥克兰市的马努考港,是曼格雷桥(Mangere Bridge,1918年建成,是一座混凝土连续梁人行桥)的替换桥,2022年8月向公众开放。该桥是一座曲线桥,全长260 m,桥面宽8~12 m。引桥采用预制混凝土梁,北侧引桥总长67 m,分3跨布置,由1个Y形预制混凝土桥墩支撑;南侧引桥总长130 m,分6跨布置,由4个Y形预制混凝土桥墩支撑;主桥为跨度60 m的钢系杆拱桥,桥墩采用V形墩,墩高17.35~26.5 m。主桥北侧的V形墩墩顶安装横向活动支座,南侧的V形墩墩顶安装纵向活动支座。

捷克霍尔卡人行桥

捷克霍尔卡人行桥(HolKa Footbridge, 见图1)位于布拉格,跨越伏尔塔瓦河,是一座预应力钢筋混凝土连续梁桥,供行人与非机动车通行。该桥平面呈人字形,主线桥连接伏尔塔瓦河两岸的卡林村(Karlín)与霍莱索维采村(Holesovice),在靠近卡林村侧设置1条长80 m、通往河中什特瓦尼采岛(Stvanice Island)的匝道,卡林村河岸与什特瓦尼采岛间桥长38 m, 什特瓦尼采岛与霍莱索维采村河岸间桥长149 m。

钢箱梁曲线多跨人行桥的振动舒适度分析

曲线连续梁人行桥与单跨式人行桥相比,具有更复杂的几何特征及结构动力特性,易引发舒适度问题。目前国内外规范少有针对曲梁人行桥的振动响应计算方法,借鉴国内外典型的人行桥舒适度设计规范旨在讨论现有计算方法对于该曲线多跨桥舒适度验算的适用性。以一座钢箱梁曲线人行桥为例,基于实测结果校对了有限元模型,并按照规范对该人行桥舒适度评价结果进行了比较,同时使用简化的单自由度方法对有限元计算结果进行验证。结果表明:低于TC5的交通等级限制下,该人行桥可以基本满足舒适度要求;由于多跨曲线人行桥的高阶自振频率分布密集,舒适度设计时宜考虑步行荷载二阶分量引起的结构高频共振产生的影响;德国EN03规范方法对该人行桥振动舒适度设计更有优势。

单索面曲线人行桥人致振动及减振控制

单索面曲线人行桥自振频率若处在行人步频范围,则人与桥梁容易发生共振。依据德国人行桥设计指南EN03规范,考虑人群驻足效应,对某人行桥进行人致振动及舒适度分析。研究结果表明:人群驻足效应会使桥梁结构的自振频率减小,该桥模态5与模态6的竖向频率为1.25~2.30 Hz,需进行竖向人致振动加速度响应分析;考虑人群驻足效应前,模态5与模态6对应的行人舒适度级别分别为CL4和CL3,需进行减振控制;在设置TMD装置后,模态5与模态6在各工况下的行人舒适度均满足能达到德国人行桥设计指南EN03规范舒适度CL1等级要求。

从“冲突”到“融洽”——现时视域下的人行桥建筑语言构建解析

思贤桥是在传统文化蕴藏丰厚且多元的环境中营建的人行景观桥,文章以此为例,探讨设计过程中定位桥、场所、群落与历史等多重关系时所面临的矛盾与应对策略,提出从现时视域出发来探察场所需求、解析传统文化表征的思考路径,奠定建筑中历时性语言与共时性语言之间相互转化的可能,从而化“冲突”为“融洽”,实现文化遗址与生态景区双重语境下的当代人行桥建筑语言的构建。

小曲率半径大悬挑景观人行桥的设计及计算分析

与传统桥梁简洁之美不同的是当代景观桥之美更多是以繁多曲线、高低错落、平纵不对称等复杂构造来表现。在结构上常表现为力学特性非线性、不对称等特点,故给设计、计算和施工等方面都带来了更大的挑战。通过详细介绍小曲率半径大悬挑景观人行桥的基本情况、设计特点及计算过程,以期供同类桥梁工程提供参考。

清河下段生态治理工程跨河人行桥安全监测分析

2022年10月28日至2022年12月22日,清河下段生态治理新建跨河人行桥进行深基坑作业。施工涉及超过一定规模的危险性较大的单项工程为深基坑工程,施工现场管理以及深基坑安全监测至关重要。为了判定跨河人行桥基坑支护施工的安全性以及对周边环境稳定性的影响,对基坑支护作业期间安全监测数据进行了分析。分析结果表明:基坑支护作业期间监测数据稳定,各监测点沉降、位移等指标均处于正常范围内;基坑开挖和支护过程控制得当,支护结构设计合理,且周围地质条件相对稳定。

大跨度钢桁架人行桥舒适度探讨

对大跨度钢桁架人行桥的约束条件、桁架高度、人行道位置、桁架杆件截面尺寸等因素进行分析,从中选出对人行桥的自振频率影响最敏感的因素。结合实际情况优化设计方案,人行桥的自振频率不满足中国相关规范规定时,通过对国际主流规范的分析,发现德国规范操作性强和适用性广,故可以按照德国规范对大跨度钢桁架人行桥进行舒适性分析,笔者对不满足德国规范舒适性要求的情况,进行了阻尼器设计,并提出了调频桥面板的设计展望。

配置桁架钢筋的山区钢-混组合人行桥关键技术研究

为进一步推广绿道人行桥梁在山区地带的发展,本文总结了传统组合梁桥桥面板施工方式在山区地形下的局限性,同时依托云南省怒江美丽公路绿道项目,以一座30m跨的钢-混组合梁桥为例,提出了一种利用桁架钢筋模板施工组合梁桥新形式,详细介绍了桁架钢筋模板的构造特点与独特优势;建立全桥的有限元模型,进行结构的静力分析,并采用Abaqus有限元软件对桁架钢筋模板在施工工程中承载力进行了数值分析。结果表明:该类组合梁受力模式好,刚度大,同时桁架钢筋模板在施工工程中安全储备高,配置桁架钢筋的钢-混组合梁桥值得在山区桥梁建设中推广应用。

大跨人行桥振动舒适度实测及减振效果调试研究

大跨轻柔的人行景观桥在设计阶段对其布置TMD进行减振设计,但由于设计阶段和成桥后的结构特性可能因为某些不确定性的因素,导致减振装置参数与结构实际自振特性存在偏差,导致按照设计阶段的参数生产出的减振装置对结构的减振效果不够显著。本研究对大跨人行景观桥建成后进行人致振动舒适度实测,通过锁死和打开减振装置(TMD),分别测试结构的振动响应,对比减振装置的减振效率,若不能满足结构舒适性设计要求,现场通过调试减振装置,优化参数以达到最优减振效果。结果表明,本研究实现了结构从设计到使用全过程跟踪减振控制,提出了一种更为简单合理且行之有效的大跨人行景观桥振动舒适度实测及减振效果调试方法。

利用计算机视觉识别人行桥时变模态参数

人行桥健康监测及状态评估需解决的关键性问题是如何根据实测响应信号准确估计桥梁阻尼比及自振频率等时变模态参数。为此提出了一套方案,采用基于HS光流法的分段光流法获取桥梁振动全场位移响应,通过重新定义目标函数,利用自适应遗传算法优化变分模态分解(VMD),对各个位移时程进行分解,结合希尔伯特变换(HT)曲线拟合VMD分解得到的单模态信号求出瞬时频率和阻尼比。在人行桥模型上利用此方案测试不同行人在控制步频、自由行走下的结构响应,得到多组有效的结构位移响应并与激光位移计作对比验证,VMD⁃HT分解得到的行人⁃结构相互作用下的瞬时频率和阻尼比与941B传感器作对比验证。结果表明:采用分段光流法的视觉非接触式测量方法对结构响应具有较高的测量精度,与激光位移计的对比误差为0.85%。根据实测信号,利用VMD⁃HT可有效估计结构的时变模态参数。在行人⁃结构相互作用下,结构自振频率随人数和位移的增加而减小,最大减幅为14.12%,阻尼比随人数和位移的增加而增大,最大增幅为398.33%,控制步频行走相比于自由行走对时变模态参数的影响更大。

人行桥人致横向振动研究综述

自从巴黎索尔费里诺桥及伦敦千禧桥等一系列人行桥大幅横向振动事件发生后,人们开始认识到人行桥人致横向振动的特殊性和复杂性,随后一个崭新的研究领域开始启动,试图揭示人行桥人致横向振动的机理。尽管这20年间取得了一系列丰硕的研究成果,但目前关于人行桥横向大幅振动的机理仍未得到非常明确和权威的解释,人们对其背后的复杂机理的了解还十分有限。鉴于此,基于作者近10年的研究积累,该综述从案例、试验测试、理论发展等多角度,系统地介绍人行桥人致横向振动研究领域的研究现状及已取得的主要研究成果,并就目前较具说服力的自激力模型(尤其是其中的倒摆模型)展开重点介绍,旨在帮助人们了解人行桥人致横向振动背后潜藏的复杂机理,也可为人行桥相关规范的完善提供理论依据。

大跨异形悬索人行桥动力特性与抗震性能研究

以厦门健康步道“和美桥”为研究背景,基于SAP2000平台建立全桥动力计算有限元模型,采用Lanczos特征值求解方法分析了该人行桥的动力特性;同时采用时程分析法对该桥进行线性地震反应分析,探讨了大跨空间异形人行桥的地震反应特点。结果表明,该大跨异形人行桥的基本周期为1.892s,属于中等周期结构;其基本振型表现为加劲梁竖弯,且模态振型耦合现象严重。地震作用下,缆索结构内力反应较小;主梁地震轴力由两端向跨中递减,最大轴力出现在主梁与桥台连接位置;主梁弯矩和剪力最大值出现在两端位置,跨中位置的响应最小。桥塔轴力由塔顶向塔底递增;桥塔弯矩从两端向塔中位置递增。