某人行天橋動(dòng)荷載試驗(yàn)研究

（河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450006）

1 工程概況

某人行天橋建于1998年，該橋?yàn)槿嵝詰业踅Y(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)為3 跨鋼懸索吊橋。主要受力構(gòu)件為主塔、主纜、吊桿。主纜分兩股（2φ32 橋用鋼纜，GB 1102-74 要求），每股由6 根鋼絞線組成。主跨東西兩側(cè)各有12 根Φ25螺紋鋼筋（15MnVq 鋼）做吊桿，每個(gè)邊跨東西兩側(cè)各有4 根吊桿，各懸吊1根型鋼，兩根型鋼上架預(yù)制混凝土橋面板。螺紋鋼筋吊桿下部用螺母錨固在型鋼上，上部通過索夾連接主纜。主跨26.6m，邊跨8.7m，全長44m。矢跨比1:4。主纜線型方程為：y=0.03846x2。橋塔采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管630mm×7mm，混凝土等級(jí)C15。基礎(chǔ)為鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面寬4.4m。橋面及踏步表面全部鋪設(shè)木板；護(hù)欄材質(zhì)為不銹鋼。

2 動(dòng)荷載試驗(yàn)的意義

中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ 69-95），第2.5.4 條規(guī)定：“為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3Hz”。因此，必須對人行天橋的振動(dòng)問題有所考慮。

在通常情況下，結(jié)構(gòu)都會(huì)因某種原因產(chǎn)生振動(dòng)，特別對于柔性體系，這種情況更加明顯。相關(guān)研究表明，正常人在行走過程中，產(chǎn)生的頻率大概為1.6Hz 至2.4Hz 之間。從某種意義來講，所謂的共振，就是結(jié)構(gòu)的自振頻率和外部激勵(lì)產(chǎn)生的頻率相同或相近，以及高階成倍數(shù)時(shí)發(fā)生的一種力學(xué)現(xiàn)象。為了避免共振的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)上往往通過某種方法或措施增加結(jié)構(gòu)的阻尼，尤其對應(yīng)柔性體系結(jié)構(gòu)。對應(yīng)城市人行橋來講，由于多處于鬧市區(qū)或城區(qū)商業(yè)區(qū)等交通流量較大區(qū)域，人流密度大，出現(xiàn)共振的概率往往也會(huì)增大。因此，有必要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)荷載試驗(yàn)，來測定橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)，了解結(jié)構(gòu)當(dāng)前使用狀況。

3 動(dòng)荷載試驗(yàn)的內(nèi)容

結(jié)構(gòu)動(dòng)力測試的測點(diǎn)布置與試驗(yàn)所考察的主要振型有關(guān)，響應(yīng)測點(diǎn)應(yīng)盡可能避開各階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)。全橋共用加速度傳感器3 個(gè)，全部為V 向，分別布置在3 跨的跨中。本次動(dòng)荷載試驗(yàn)主要測定橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率、結(jié)構(gòu)阻尼比。試驗(yàn)儀器采用江蘇東華測試儀器有限公司生產(chǎn)的DH5922-32 振動(dòng)信號(hào)采集分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)有激勵(lì)部分、信號(hào)量測與數(shù)據(jù)采集部分、信號(hào)分析和頻響函數(shù)分析估計(jì)幾個(gè)部分組成。為準(zhǔn)確采集環(huán)境激勵(lì)信號(hào)，本次試驗(yàn)選擇靈敏度較高的DH610 低頻加速度傳感器，頻響范圍為0.01Hz～100Hz。其原理框圖如圖3-1 所示。

圖3-1 DH5922-32 振動(dòng)測試系統(tǒng)原理框圖

4 動(dòng)荷載試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 結(jié)構(gòu)振動(dòng)的速度時(shí)程曲線

圖4-1 分別為脈動(dòng)試驗(yàn)、行人試驗(yàn)中所得到的振動(dòng)速度時(shí)程曲線。

圖4-1 振動(dòng)速度時(shí)程曲線圖

4.2 結(jié)構(gòu)固有頻率測定

對采集的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉分析獲得的頻譜圖如圖4-2 所示。獲得測點(diǎn)信號(hào)的頻譜圖后，用傳遞函數(shù)法對選擇的頻率峰值進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，可以求得結(jié)構(gòu)的自振頻率為2.0Hz。

圖4-2 振動(dòng)信號(hào)頻譜圖

4.3 阻尼比的測定

橋梁結(jié)構(gòu)阻尼特性，一般用對數(shù)衰減率δa或阻尼比ξ來表示。從橋梁振動(dòng)衰減曲線可以求得這些橋梁振動(dòng)參數(shù)。圖7是行人試驗(yàn)過程中，所測得的橋梁振動(dòng)衰減曲線，從圖中波形求得平均衰減率δa為：

則阻尼比為：

圖4-3 行人振動(dòng)衰減曲線

5 結(jié)論

通過動(dòng)力試驗(yàn)分析可以得到以下結(jié)論：

1、實(shí)測橋梁結(jié)構(gòu)固有頻率2.0Hz，不滿足國家規(guī)范要求，和行人正常行走步頻非常接近。應(yīng)采取有效減振措施。

2、實(shí)測橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比0.0197，對數(shù)衰減率為0.1237，鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比一般在0.01－0.02 之間，該橋阻尼比在正常范圍。

6 技術(shù)建議

（1）該橋位于繁華市區(qū)，上跨建設(shè)路，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值。該橋的設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)的耐久性、振動(dòng)考慮不足。施工粗糙。

（2）拆除全部外部裝修。外部裝飾增加了設(shè)計(jì)未考慮的橋梁恒載，壓縮了橋梁凈空，隱蔽了橋梁病害，造成日常檢查、養(yǎng)護(hù)和維修無法進(jìn)行。是一種舍本逐末、華而不實(shí)的做法。有很大的安全隱患。

（3）結(jié)構(gòu)存在安全隱患：

①吊桿錨固處銹蝕嚴(yán)重，吊桿存在脫落的可能性。

②吊桿、主纜的防腐材料為非常松動(dòng)的粉末，無任何強(qiáng)度和防水效果。

③主纜的外防護(hù)施工粗劣，已經(jīng)開裂，主纜錨固處無有效防護(hù)，銹蝕。

④踏步鋼構(gòu)件嚴(yán)重銹蝕，混凝土板開裂。

應(yīng)對該橋進(jìn)行全面維修，對主纜、吊桿、主梁除銹，采取有效防銹措施，維修踏步。

（4）該橋的實(shí)測豎向自振頻率為2.0Hz，不滿足國家規(guī)范要求。和行人正常行走步頻非常接近。應(yīng)采取有效減振措施。

（5）在全面維修或拆除重建前應(yīng)采取以下應(yīng)急措施：

①加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，加強(qiáng)檢測、維修，及時(shí)消除安全隱患，以提高其應(yīng)對極端狀況的能力?？刂平Y(jié)構(gòu)的振動(dòng)，盡可能避免意外的發(fā)生。

②嚴(yán)格管控群眾集會(huì)時(shí)過橋人群數(shù)量，可預(yù)先設(shè)置隔離柵，分流人群，確保橋梁和集會(huì)群眾的生命安全。