曲线钢桁桥人致振动舒适性评价现场试验研究

大跨曲线钢桁梁人行桥竖向、横向和扭转振型耦合强,人致振动舒适度评价和减振控制难度大。以湖南省长沙市浏阳河一主跨为120 m的曲线双层桥面三跨连续钢桁梁桥—汉桥为工程背景,通过理论分析和人群激励现场动力试验,识别桥梁固有模态参数,评价人致振动舒适性,优化设计调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)并评价TMD的减振效果。研究表明:因桥梁第一阶竖弯模态和第一阶扭转模态的阻尼比仅为0.23%和0.3%,人致振动加速度不满足舒适性要求;采用竖向TMD进行竖弯模态和扭转模态的减振控制,减振后的桥梁满足舒适性要求。

抗风缆布置形式对悬索桥人致振动影响分析

为研究人行悬索桥使用过程中抗风缆拉索不同布置形式对人行悬索桥自振特性及人致振动的影响,以某人行玻璃悬索桥为实例,采用Midas Civil软件建立抗风缆拉索设置形式为平行直拉式、交叉斜拉式、非交叉斜拉式和不设置抗风缆的有限元模型,先单独计算改变抗风缆拉索布置形式悬索桥的自振特性参数,再计算人行简谐波荷载作用下抗风缆拉索布置形式对人行桥主梁竖向及横向加速度的影响,参考德国人行桥设计指南EN03对人行桥舒适度进行评价。结果表明,设置抗风缆能提高结构的自振频率,增加结构的整体刚度;在人行简谐波荷载作用下,相比其他3个模型,增设交叉斜拉式拉索的抗风缆能有效减小主梁竖向及横向最大加速度,对人行悬索桥的人致振动舒适度的改善效果最明显。

W形人行天桥人致振动舒适度与减振研究

为解决W形人行天桥在极端人群荷载作用下的人桥共振问题,以西南地区某实际工程为例,基于数值模拟的方法进行极端人群荷载下的动力舒适度分析,并对其减振方案进行研究。研究结果表明:当人行天桥竖向一阶自振频率为3.04 Hz时,W形人行天桥存在人桥共振隐患;通过计算,0.2、0.5、1.0、1.5、4.6 P/m^(2)五种人群荷载工况下主梁峰值加速度为0.96 m/s^(2),舒适度指标为中等,未达到最优的舒适性等级。在振幅最大位置处设置质量比为1%的调谐质量阻尼器(TMD)后,主梁峰值加速度降为0.10 m/s^(2),减振率为89.6%,人行天桥满足最优的舒适度等级。研究成果可为同类异形人行天桥人致振动舒适度评价与减振设计提供技术参考。

大跨径人行玻璃悬索桥人致振动舒适度分析及减振设计

为研究大跨径人行玻璃悬索桥人致振动舒适度及其减振措施,以某跨径180 m的单跨人行玻璃悬索桥为背景,分析该桥的人致振动舒适度,并对其进行减振设计。采用MIDAS Civil软件建立有限元模型进行模态分析,得到结构人致荷载敏感模态,计算人致荷载作用下结构各敏感模态动力响应,并参考德国人行桥设计指南EN03舒适度指标进行舒适度评估;采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统对该人行桥进行减振设计。结果表明:人行桥共17阶模态在人致振动敏感频率范围内,结构横向振动和竖向振动的敏感频率范围分别为0.5~1.2 Hz和1.25~2.30 Hz;人致荷载作用下结构第13、39、52阶模态超出CL4级舒适度标准,第5、24阶模态超出CL3级舒适度标准;安装MTMD后人行桥各阶敏感模态人致振动均满足CL2级舒适性标准。

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。

大跨连廊结构的人致振动效应及TMD减振控制

针对某大跨度连廊结构的楼盖舒适度问题,建立了连廊的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行了模态分析,研究了大跨度连廊结构的振动特性并进行减振设计。根据不同的人群密度和行走频率,研究了四种人群荷载激励下楼盖的竖向振动情况,对比设置调频质量阻尼器(TMD)前后连廊结构的竖向加速度。结果表明,连廊的自振频率接近于人行频率,在人行荷载的激励下,连廊发生共振现象,形成较大振动,造成人体不适,故需控制振动;在连廊的合理位置设置TMD后,整体减振率达67.4%,楼盖振动满足人体舒适度要求,说明TMD起到了良好的减振作用。

曲梁人行天桥的人致振动舒适度与减振研究

基于有限元分析软件,建立某工程实例中人行天桥的时程分析模型,根据其自振特性结果确立荷载工况,分析了人行天桥在行人荷载下的竖向振动加速度。通过时程分析得出人行桥主梁各点在人致振动下的竖向加速度响应时程曲线,再对其进行舒适度评价。结果表明:主梁主跨和边跨部分节点存在加速度大于限值的情况,最大可达58.76 cm/s 2,需要进行舒适度分析。针对问题工况,分别在边中跨布置TMD减振系统后再次进行时程分析,主梁峰值加速度减小至40.34 cm/s 2,其结果表明人行天桥舒适度满足要求,减振效率至少可达27.89%。

双层斜腿刚构连续梁桥人致振动分析及减振设计

文章以安吉曙光桥为例,研究了这座双层桥面斜腿刚构连续梁桥的人致振动及减振设计。计算了桥梁的行人荷载及动力特性,分析了该桥的人致振动响应并进行舒适度评价。针对桥梁双层布置的特点,提出了应用连杆提高刚度、应用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)增强阻尼的减振设计思路,比较分析了3种不同的减振设计:单独设置TMD、单独设置连杆、联合设置连杆-TMD。研究结果表明:安吉曙光桥振动频率低、人致振动响应较大,需对其进行减振控制;单独布置TMD,可有效控制桥梁的振动响应;单独设置2组连杆,可显著提高桥梁的自振频率;同时设置连杆和TMD,可采用较小的TMD实现减振目标。3种减振设计均能满足舒适度要求,工程中应根据实际情况选用。

人行绿道桥人致振动及减振分析

当人行桥梁跨径较大、自重较轻且结构刚度受限时容易因自振频率落入行人步频敏感区间形成人桥共振。文章以某钢结构人行绿道桥为例,参照德国人行桥设计指南进行人致振动分析,在不满足舒适度要求的情况下进行减振设计,比较了TMD阻尼器不同质量比参数和不同布置方案对减振率的影响。结果表明:设置TMD阻尼器后桥梁减振率可达到72%以上,减振率随质量比增大而增加,但趋势放缓;TMD阻尼器宜集中布置在振幅最大处,在总质量不变的情况下双并联布置略优于单个布置。

大跨铝合金天桥人致振动舒适度评价及TMD减振控制

为了减轻大跨铝合金天桥在人群荷载作用下的振动舒适度问题,针对大跨铝合金天桥安装调谐质量阻尼器(TMD)前后的振动特性进行研究。根据某两跨连续铝合金天桥进行有限元建模,分析结构自振特性,选择德国EN03人行桥设计指南,基于该规范下的人群荷载模式,选取5种交通级别,对比不同交通级别下天桥振动峰值加速度,获得天桥人致振动舒适度结果。并在天桥第一跨跨中和第二跨跨中分别安装一个TMD进行减振控制,对比设置TMD减振器前后天桥人致振动模型峰值加速度结果差异。结果表明:TMD可有效降低天桥结构竖向振动响应,根据选取的天桥振动位移加速度观察点结果可知,竖向减振率达到89.3%,对于不满足舒适度要求的大跨铝合金天桥,可布置适当数量的TMD阻尼器,且分布于合理位置有利于减轻天桥的振动,进而提高人行天桥的舒适性。

结构人致振动舒适度无线评估系统实现与工程实践

为了准确测量结构的振动加速度,科学高效地判断振动是否引起使用者的不适和影响结构的正常使用,利用IEPE压电式传感器和微型电脑树莓派(Raspberry Pi),基于Python计算机编程语言设计一款智能惯性评估系统,同时将国内外结构人致振动舒适度评估标准写入该系统,使结构振动测量评估系统的成本和硬件尺寸最小化,并实现无线传输、快速处理数据和判断评估振动舒适度的功能。基于上述功能目标,以实验室人行桥为例与DASP工程版动态测试分析系统采集的加速度响应进行对比,幅值谱主频相对误差在0.02%~2.85%之间,验证了传感系统采集精度。以人行天桥、教学楼楼盖、住宅楼楼盖和宿舍楼楼盖为研究对象在人致激励作用下进行振动舒适度测试,结果表明:研制的智能惯性传感系统可高效、实时测量结构产生的加速度响应,并且可以准确判断振动舒适度,为研究人员提供可靠的振动舒适度评估结果。

基于弹性约束的轻质楼盖人致振动舒适度控制

考虑感知者、行人和结构三者相互的动力耦合作用,形成行人-楼盖-感知者全路径耦合振动模式,以概率的形式评估了轻质楼盖的振动舒适度,并对楼盖的过量振动采用弹性约束进行了控制.为体现弹性约束对楼盖人致过量振动的有效性,采用TMD控制与其进行对比.用DQ-IQ法处理建立的行人-楼盖-感知者耦合振动控制方程,以CFS组合楼盖为计算模型,得到当行人以不同步频在楼盖上行走时楼盖跨中与感知者的动力响应,并对比了采用TMD和弹性约束时的控制效果.以舒适度限值为参照标准,统计了在这两种控制措施下楼盖与感知者满足舒适度限值时的累积概率.结果表明,对于轻质楼盖,在刚度系数分别取0.5和3时,楼盖满足舒适度要求的概率由13.57%增加到86.98%,感知者的舒适度概率由11.75%增加到79.86%,极大程度地提高了舒适度概率,可为设计时边界条件转动刚度的选取提供参考.在刚度系数取2时,楼盖的舒适度概率为68.80%,而感知者的舒适度概率仅为57.97%,相差10.83%.在考虑人致振动时,感知者相对于结构在同等条件下更容易产生舒适度问题,建议在舒适度评估时增加感知者的加速度峰值.

大跨简支钢桁梁人行桥人致振动测试与减振控制研究

【目的】为研究大跨简支钢桁梁人行桥在人致激励下的动力响应及调谐质量阻尼器(TMD)的减振效果。【方法】以山西省123 m跨简支钢桁梁人行桥——玄月桥为研究对象,针对该人行桥进行了现场人致振动测试和数值模拟,研究了行人在不同激励频率、行走人数、激励方式下对该结构振动的影响规律;探讨了单频调谐质量阻尼器(STMD)和多频调谐质量阻尼器(MTMD)在中心频率及调频偏差下的减振效果,提出了考虑调频偏差下结构减振优化设计建议。【结果】结果表明:低阶模态对结构振动起控制作用,行人激励频率接近结构一阶竖向基频时会产生共振,其最大加速度峰值为0.13 m/s^(2);行人跑动、跳跃激励对该人行桥振动舒适度影响较大,产生的加速度峰值分别为行走激励的194%、166%;低质量比(μ≤1.0)下STMD减振频带较窄,提高STMD总质量比μ可提高减振效果并改善其减振频带窄的问题,该人行桥STMD总质量比从0.6%提升至3.0%后,可将调频偏差β允许范围从0扩大至±15%;同一总质量比及调频偏差下,MTMD的减振效果和鲁棒性优于STMD,且随子单元数量的增大而提高。

广州海心桥人致振动研究

海心桥为主跨198.152 m的钢结构曲梁斜拱人行桥,具有轻质、斜拱、空间曲线结构的特性,动力特性复杂,需对其进行人致振动研究。采用有限元软件MIDAS Civil建立空间有限元模型,根据德国人行桥设计指南EN03(2007)(简称德国EN03规范)和我国《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69—95)(征求意见稿)(简称我国规范征求意见稿),基于单自由度共振法分析了人致振动加速度峰值以评价该桥的人致振动舒适性,并基于Dallard公式确定人致横向动力失稳临界人数以分析该桥的横向动力稳定性。结果表明:该桥的主梁和拱肋刚度相近,存在竖向振动与横向振动耦合的动力特性,因此人致振动分析时充分考虑了两者的耦合作用;分别有13阶、9阶模态的竖向加速度和11阶、10阶模态的横向加速度不满足德国EN03规范、我国规范征求意见稿CL1舒适性标准;低阶频率下两规范计算的加速度峰值及舒适性评价结果接近,高阶频率下德国EN03规范计算的加速度峰值较大,舒适性评价结果更加保守;该桥1阶及3阶模态横向失稳临界人数对应人群密度均小于设计人群密度,当桥梁发生1阶或3阶振动时存在横向失稳的可能,加装TMD后横向稳定性满足要求。

人行桥人致振动分析及TMD减振设计

大跨人行桥在行人荷载作用下容易出现剧烈振动,进而影响通行舒适度与桥梁安全。当舒适度评价不满足要求时,如何通过简单措施实现振动控制是工程设计人员关心的问题。以一座(50+100+50)m的连续钢箱梁人行悬索桥为例,借助于有限元数值模拟手段,以人群荷载作用下的竖向加速度峰值为指标评价行人舒适度,并对舒适度不满足要求的模态使用调谐质量阻尼器(TMD)进行减振设计;比较了经典单个TMD、并联双TMD、串联双TMD的减振效果。结果表明:对于单个TMD而言,减振效果随TMD质量增大而提高,但减振率增幅逐渐减缓,因此单纯依赖TMD质量增加不是经济有效的减振措施;在保持TMD质量相同的情况下,多TMD方式的减振效果优于单个TMD,串联双TMD比并联双TMD减振效果更佳。该研究结果可为类似结构的减振装置设计提供参考。

空气阻尼式TMD在人致振动控制中的应用

用空气阻尼取代传统调谐质量阻尼器中的油阻尼形成的空气阻尼式TMD是一种新型减振装置。以控制人致振动为目标,建立人行荷载-简支梁人行桥-空气阻尼式TMD系统运动方程。由于空气阻尼的特殊性,在计算模型中引入Maxwell模型,分析空气阻尼TMD对人行荷载作用下简支梁桥振动控制效果。研究表明,空气阻尼式TMD具有比传统TMD更好的减振效果,当外荷载频率比偏离时,空气阻尼式TMD的减振效果降低,但仍保持在较高的水平,说明其具有较好的控制鲁棒性。

环形悬浮式桥面中置斜塔多锚固体系斜拉桥人致振动与减振措施

为研究人致荷载中的随机性对多自由度空间索面独塔斜拉人行桥结构振动响应的影响,通过介绍人行荷载基本理论,对某环形桥面人行斜拉桥建立有限元分析模型,进行人致振动分析及舒适性评价。研究结果表明:基于德国人行桥设计EN03规范的CL2标准,第一阶模态在横向和纵向的加速度峰值均超过了舒适度标准,3个方向的振型位移均很大,纵向最大,竖向最小。对于环形桥面,纵向和横向加速度峰值会根据行人的朝向而发生改变,当行人的朝向背离主梁轴线方向时,此时理论分析的纵向加速度峰值1.29 m·s^(-2)为人体感受的横向加速度,为不可接受范围。为了使人致振动加速度响应峰值满足CL2舒适度标准,采用调谐质量阻尼器提高结构的阻尼比,并对减振方案进行数值仿真,按照最大加速度最小化原则设计TMD的基本参数。

人行天桥人致振动舒适度分析及减振控制

为研究人行天桥在人致振动下的动力特性,以某实际工程过街天桥为研究对象,通过改变行人密度对人行天桥的交通等级进行定义,对在不同交通等级工况下的人行天桥舒适度进行分析,应用调频质量阻尼器(TMD)对人行天桥人致振动进行控制。研究结果表明,无控状态下4种交通等级下的人行天桥跨中竖向加速度均超过500mm/s2,无法满足人行天桥行人舒适度要求;布置TMD后减振效果显著,人行天桥行人舒适度满足要求。研究为人行天桥TMD减振控制提供参考。

跨灞河慢行桥人致振动舒适度分析

对于大跨径的轻柔桥梁结构,由于其自振频率较低,在行人激励荷载下更容易发生大幅振动,引起行人舒适度的问题。因此,以西安国际港务区跨灞河慢行桥工程为背景,结合国内外人行桥设计规范,利用有限元软件Midas civil建立该桥3D模型,对该桥中竖向振动频率在人行荷载频率敏感范围内的结构进行人致振动时程分析,并根据行人激励荷载作用下的竖向振动加速度时程曲线以及模态分析结果,设计相应的TMD减振系统,使结构振动加速度满足相关舒适度要求。研究结论对类似桥梁减振设计具有一定的参考价值。

随机人群荷载下连续钢结构人行桥人致振动测试与舒适度研究

以四跨连续钢箱梁为工程背景,通过理论建模计算和现场实测,系统研究了该人行天桥的动力特性,并现场实测各种人群荷载作用工况下桥梁的动态响应。研究结果表明:该桥梁实测基频3.857Hz,大于理论值,整体刚度较好,也不会出现明显共振现象;实测各种人群工况作用下桥梁竖向振动加速度介于4.043mm/s^(2)~80.368mm/s^(2)之间,横向振动加速度介于3.759mm/s^(2)~5.363mm/s^(2)之间,整体可以评价为CL1级,且竖向振动随人群荷载的增加有显著增大,而横向振动对人群荷载的增加不敏感。