环形钢结构人行天桥受力性能及加固方法研究

2015-08-15谭荣昕

居业 2015年24期

关键词：人行天桥振型立柱

谭荣昕

(徐州市市政设计院有限公司，江苏徐州221002)

1 动力性能有限元分析

1.1 MIDAS/Civil 软件介绍

MIDAS/Civil 软件的设计理论基础为有限元理论，通用于桥梁领域中，软件集静力分析、动力分析、屈曲分析、几何非线性分析等分析功能于一体，具有较高的便利性［1］。

1.2 建立有限元模型

在MIDAS/Civil 2013 软件及桥梁空间线性的基础上，建立空间有限元模型，对桥梁的受力性能进行分析，钢箱梁采用四节点板单元，梁单元为独柱墩，在整个人行天桥中，单元共有7271 个，节点为6371个。建立三维坐标系，坐标轴与位移方向一致时，位移值记为正数，否则是负数。对边界条件进行限定，在桥梁两端圆曲线处，选择的支座为固定支座，限制的自由度为6 个，在桥梁直线段处，采用弹性支座，限制的自由度为3 个。桥梁结构采用材料为钢板。依据上述条件，利用有限元模型计算出竖向振型、内力及挠度。

1.3 有限元分析与实测数据对比

将利用有限元模型计算出的结果与实测数据对比显示，在满布人群荷载条件下，有限元计算结果与实测结果基本一致。通过数据结果可知，此环形钢结构人行天桥的竖向振动频率较小，不符合相关规定，易引起共振反应，降低天桥使用的牢固性。

2 加固方法

2.1 采用TMD 减振控制

TMD 是指调谐质量阻尼器，通过共振原理，控制主体结构某些振型的动力响应。在人行天桥中，主体结构与TMD 的频率比、质量比，TMD 自身的阻尼比在TMD 系统的调节下，能够将行走时产生的振动能力吸收，降低产生人桥共振的可能，保证行人行走时的安全性。在选择的案例工程中，TMD 安装的数量为6 个，分别为安装在立柱1 与2、立柱4 与5、立柱6 与1 之间，依据每跨TMD 的参数，将控制结构竖向振型计算出来，同时计算出控制结构的内力和挠度，将计算数值与原结果进行对比结果显示，在人行天桥的第一阶竖向振型方面，频率与原结果基本相同，依然不符合相应规范要求，在竖向挠度方面，减震效果并未达到理想结果，因此，此种方法并不适合环形钢结构人行天桥。

2.2 改变立柱与主梁约束关系

此方案采用约束支座自由度的方法，原结构中，立柱2、3、5、6 顶部均设有支座，约束自由度时，仅约束了横向、纵向及竖向三个方面，在新的固定方案中，用刚性支座替换盆式橡胶支座，从而有效约束了全部的自由度，桥梁的整体刚度也得到提升［2］。依据改变后的立柱与主梁约束关系，建立相应的有限元模型，通过相应参数的代入，计算出结构竖向振型、内力及挠度。将计算结果与原结构减震率对比可知，天桥第一阶竖向振型的频率得到较大提升，但与规定的振型频率仍有差距，立柱与主梁约束关系改变后，竖向挠度方面得到了良好的控制，有效提升了天桥的减震效果。

2.3 增加立柱方案

在保证机动车正常通行的前提下，在原立柱数量基础上再新增3 个立柱，分别设置在立柱1 与2、立柱4 与5 之间，其中，立柱1 与2 之间设立1 个新的立柱，剩余2 个新的立柱设置在立柱4 与5 之间，顶部为了良好的支撑主梁，做箱型悬挑，截面为500 mm×500 mm［3］。立柱增加完成后，建立相应的有限元模型，并计算出结构竖向振型、内力及挠度。将计算结果与原结构减震效果对比可知，天桥第一阶竖向结构减震频率显著提升，且超过了规定的振型频率，具有良好的减震效果。