某人行天桥动荷载试验研究
2020-08-06
（河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450006）
1 工程概况
某人行天桥建于1998年，该桥为柔性悬吊结构。上部结构为3 跨钢悬索吊桥。主要受力构件为主塔、主缆、吊杆。主缆分两股（2φ32 桥用钢缆，GB 1102-74 要求），每股由6 根钢绞线组成。主跨东西两侧各有12 根Φ25螺纹钢筋（15MnVq 钢）做吊杆，每个边跨东西两侧各有4 根吊杆，各悬吊1根型钢，两根型钢上架预制混凝土桥面板。螺纹钢筋吊杆下部用螺母锚固在型钢上，上部通过索夹连接主缆。主跨26.6m，边跨8.7m，全长44m。矢跨比1:4。主缆线型方程为：y=0.03846x2。桥塔采用钢管混凝土结构，钢管630mm×7mm，混凝土等级C15。基础为钢筋混凝土扩大基础。桥面宽4.4m。桥面及踏步表面全部铺设木板；护栏材质为不锈钢。
2 动荷载试验的意义
中华人民共和国行业标准：《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95），第2.5.4 条规定：“为避免共振，减少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于3Hz”。因此，必须对人行天桥的振动问题有所考虑。
在通常情况下，结构都会因某种原因产生振动，特别对于柔性体系，这种情况更加明显。相关研究表明，正常人在行走过程中，产生的频率大概为1.6Hz 至2.4Hz 之间。从某种意义来讲，所谓的共振，就是结构的自振频率和外部激励产生的频率相同或相近，以及高阶成倍数时发生的一种力学现象。为了避免共振的产生，设计上往往通过某种方法或措施增加结构的阻尼，尤其对应柔性体系结构。对应城市人行桥来讲，由于多处于闹市区或城区商业区等交通流量较大区域，人流密度大，出现共振的概率往往也会增大。因此，有必要对结构进行动荷载试验，来测定桥梁结构动力特性参数，了解结构当前使用状况。
3 动荷载试验的内容
结构动力测试的测点布置与试验所考察的主要振型有关，响应测点应尽可能避开各阶模态的节点。全桥共用加速度传感器3 个，全部为V 向，分别布置在3 跨的跨中。本次动荷载试验主要测定桥梁结构的自振频率、结构阻尼比。试验仪器采用江苏东华测试仪器有限公司生产的DH5922-32 振动信号采集分析系统。该系统有激励部分、信号量测与数据采集部分、信号分析和频响函数分析估计几个部分组成。为准确采集环境激励信号，本次试验选择灵敏度较高的DH610 低频加速度传感器，频响范围为0.01Hz～100Hz。其原理框图如图3-1 所示。
图3-1 DH5922-32 振动测试系统原理框图
4 动荷载试验结果与分析
4.1 结构振动的速度时程曲线
图4-1 分别为脉动试验、行人试验中所得到的振动速度时程曲线。
图4-1 振动速度时程曲线图
4.2 结构固有频率测定
对采集的时域信号进行快速傅立叶分析获得的频谱图如图4-2 所示。获得测点信号的频谱图后，用传递函数法对选择的频率峰值进行参数识别，可以求得结构的自振频率为2.0Hz。
图4-2 振动信号频谱图
4.3 阻尼比的测定
桥梁结构阻尼特性，一般用对数衰减率δa或阻尼比ξ来表示。从桥梁振动衰减曲线可以求得这些桥梁振动参数。图7是行人试验过程中，所测得的桥梁振动衰减曲线，从图中波形求得平均衰减率δa为：
则阻尼比为：
图4-3 行人振动衰减曲线
5 结论
通过动力试验分析可以得到以下结论：
1、实测桥梁结构固有频率2.0Hz，不满足国家规范要求，和行人正常行走步频非常接近。应采取有效减振措施。
2、实测桥梁结构阻尼比0.0197，对数衰减率为0.1237，钢结构的阻尼比一般在0.01－0.02 之间，该桥阻尼比在正常范围。
6 技术建议
（1）该桥位于繁华市区，上跨建设路，具有重要的政治、经济、社会价值。该桥的设计对结构的耐久性、振动考虑不足。施工粗糙。
（2）拆除全部外部装修。外部装饰增加了设计未考虑的桥梁恒载，压缩了桥梁净空，隐蔽了桥梁病害，造成日常检查、养护和维修无法进行。是一种舍本逐末、华而不实的做法。有很大的安全隐患。
（3）结构存在安全隐患：
①吊杆锚固处锈蚀严重，吊杆存在脱落的可能性。
②吊杆、主缆的防腐材料为非常松动的粉末，无任何强度和防水效果。
③主缆的外防护施工粗劣，已经开裂，主缆锚固处无有效防护，锈蚀。
④踏步钢构件严重锈蚀，混凝土板开裂。
应对该桥进行全面维修，对主缆、吊杆、主梁除锈，采取有效防锈措施，维修踏步。
（4）该桥的实测竖向自振频率为2.0Hz，不满足国家规范要求。和行人正常行走步频非常接近。应采取有效减振措施。
（5）在全面维修或拆除重建前应采取以下应急措施：
①加强养护管理，加强检测、维修，及时消除安全隐患，以提高其应对极端状况的能力。控制结构的振动，尽可能避免意外的发生。
②严格管控群众集会时过桥人群数量，可预先设置隔离栅，分流人群，确保桥梁和集会群众的生命安全。
