环形钢结构人行天桥受力性能及加固方法研究

谭荣昕

[摘要]在城市道路系统中，环形钢结构人行天桥是重要的组成部分，优点为造型美观、通行效率高等。当天桥自振频率与行走频率趋于一致时，会产生共振现象，降低天桥结构的安全性。本文重点研究了环形钢结构人行天桥的受力性能及加固方法。

[关键词]环形钢结构；受力性能；加固方法

文章编号：2095-4085（2015）12-0074-02

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。

1.2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‘纠。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500mm×500mm。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。

3 结语

受力性能与牢固性是环形钢结构人行天桥安全与否的两个重要指标，通过对受力性能的分析，了解天桥使用过程中受力性能的变化情况，并依据分析结果，选择有效的加固方式。与TMD控制相比，改变立柱与主梁关系及增设立柱的方案具有良好的减震效果和较高的实际应用价值。