人行天桥TMD减振设计测试分析研究

张潇文 徐鑫磊 张世宇 蔡晓莹 周志良 赵 康＊

（南京林业大学 土木工程学院， 江苏 南京 210037）

0 引言

人行天桥在城市道路中占据了重要作用，是人行荷载作为主要荷载的结构体。在人行天桥的设计当中，结构的振动是不可忽略的一个重要因素。从伦敦的千禧桥开始，人行荷载对于大跨度的人行天桥的激振问题逐渐引起了全世界范围内的关注[1,2]。当行人荷载对结构的激励满足一定条件，即激振的频率与结构自身一阶竖向振动频率相符时，人行天桥会产生共振，会造成人群的心里恐慌[3]，目前各国专家主要建议采用质量调谐阻尼器（TMD）来对大跨人行桥进行振动控制[4,5]。

1 振动评价标准

由结构动力学可知，结构在共振时振动最为明显，为避免共振现象的出现，人行天桥在设计大多采用限制桥梁自振频率的方法。许多国外相关规范都进行了规定。日本道路协会规定人行天桥的竖向自振频率不能在1.5～2.3Hz，瑞典国家规范Bro20041则要求天桥的第一阶竖向自振频率必须大于3.5Hz。ISO 10137（1992年）采用ISO 2631-1:1989中规定的舒适度基本曲线乘以60来作为人行桥舒适度限值，而峰值加速度则根据频率的不同要求在500～1000m/s2之间。欧洲规范EN1990则要求不管人行桥桥面上的任何位置其加速度峰值都不大于700m/s2。我国《人行天桥和人行地道规范》要求天桥的第一阶竖向自振频率应不小于 3Hz，属于避开敏感频率法的范畴。但国内城市桥梁相关规范中仍未有明确针对于行人舒适度评价的规定。

2 工程及设计概况

本文测试的人行天桥为某地在建单箱单室的钢箱梁，支座均为板式橡胶支座，桥墩均为钢筋混凝土桥墩。跨径为2.5m+34.5m+2.5m，梁高1.4m，桥宽3.5m.

采用有限元软件MIDAS/CIVIL对该结构进行减振前后的动力特性分析，计算按三维空间结构进行分析。结构阻尼比取为 0.04。所用材料属性均按规范取值。进行结构模态计算时质量源选取恒载，在计算得出一阶频率为 2.1Hz后，以此为激励荷载的频率输入有限元模型中，计算得出结构最大振动响应位置为桥梁的跨中位置，跨中的加速度响应为 732mm/s2。从计算结果可以看出，不论从结构的自振频率还是加速度值都不满足国内外的规范要求，因此需要对桥梁进行振动控制。

为保证减振效果，首先对人行桥建立了有限元模型，计算TMD设计所需参数，通过对有限元模型添加TMD了解减振效果，最终确定安装4个TMD，每个质量为0.8t，安装位置为天桥跨中。

图1 基频测试结果

3 测试与分析

现场采用东华5922数据采集仪、哈工所941B加速度传感器对结构进行了测试分析。对数据进行FFT变换后可以看出结构的一阶自振频率为2.05Hz，与计算结果2.1Hz较为接近，验证了有限元计算的可靠性。

以2.05Hz为激振频率对天桥进行了减振前后振动测试，由图2～图3可以看出实际测试加速度响应为639.6mm/s2，减振后结构响应为189.2mm/s2，减振率达到了70.4%。

图2 原结构加速度测试结果

图3 减振结构加速度测试结果

结构的自振频率作为固有属性是与阻尼器添加与否无关的，所以进行减振措施后，天桥的自振频率不会有太大变化，但结构的加速度响应减小了70.4%。

4 结论

本文对人行天桥进行了动力分析以及振动测试分析，可以得出以下结论：

（1）人行天桥的舒适度评价标准可以同时参考结构自振频率与结构最大加速度响应值。

（2）质量调谐阻尼器可以有效的控制天桥的振动，改善行人舒适度