深坑主題樂園玻璃棧道人行荷載試驗及有限元分析

褚騰峰

（上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，上海 200232）

1 工程概況

深坑主題樂園玻璃棧道位于上海深坑酒店巖壁，總長約85 m，棧道寬約2 m；棧道采用懸挑結(jié)構(gòu)（主要采用矩形鋼管、局部為鋼筋混凝土梁）。棧道施工中在巖壁鉆孔形成錨桿樁，樁頂預(yù)埋鋼板，懸挑鋼梁焊接在預(yù)埋鋼板上，部分懸挑鋼梁下采用混凝土柱斜支撐。觀景平臺底部受壓構(gòu)件為兩根鋼支撐，靠近巖壁采用三根水平螺栓桿拉住平臺，構(gòu)成類似三角形的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，如圖1、圖2所示。

圖1 玻璃棧道實物

圖2 加速度傳感器位置

2 舒適度試驗分析

2.1 步行工況下的舒適度分析

選取樂園內(nèi)15名員工進行步行工況下的舒適度檢測，檢測時間為2018年11月13日下午13：45～14：15，時長30 min，步行頻率約2.0 Hz，以3號加速度傳感器為例。

（1）步行時的最大加速度1 590.1 mm/s2，主要在步行方向突然發(fā)生改變時，遠超規(guī)范要求的150 mm/s2。

（2）大部分步行時間內(nèi)，加速度的變化幅度不大，有效值159.0 mm/s2，接近規(guī)范要求的150 mm/s2。四個加速度傳感器得出的最大、有效加速度（其中有效加速度的概念取自第四代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2001），定義有效峰值加速度EPA為阻尼比為0.05的地震加速度反應(yīng)譜周期0.2 s的平均反應(yīng)譜值Sa（0.2），除以平均動力放大系數(shù)2.5，即EPA=Sa（0.2）/2.5。

統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 步行工況實測加速度統(tǒng)計 單位：mm/s2

2.2 跑步工況下的舒適度分析

選取樂園內(nèi)15名員工進行跑步工況下的舒適度檢測，檢測時間為2018年11月13日下午14：19～14：28，時長10 min，跑步頻率約3.0 Hz，以加速度傳感器3為例。

（1）跑步時的最大加速度為1 590.01 mm/s2，與跑步時的步伐一致，遠超規(guī)范要求的150 mm/s2。

（2）大部分跑步時間內(nèi)，加速度的變化幅度不大，有效值為418.2 mm/s2，同樣超過規(guī)范要求的150 mm/s2。

四個加速度傳感器最大、有效加速度如表2所示。

表2 跑步工況實測加速度統(tǒng)計 單位：mm/s2

2.3 跳躍工況下的舒適度分析

選取樂園內(nèi)15名員工進行跑步工況下的舒適度檢測，檢測時間為2018年11月13日下午14：29～14：34，在加速度傳感器2～加速度傳感器4位置各跳1 min，休息1 min，跳躍頻率約2.0 Hz。

四個加速度傳感器最大、有效加速度如表3所示。

表3 跳躍工況實測加速度統(tǒng)計 單位：mm/s2

3 數(shù)值模擬分析

本例建模采用SAP2000，根據(jù)玻璃棧道的圖紙文件，設(shè)計6種截面類型的框架梁GL1～GL6完成平臺布置；兩種類型的支撐ZC1、ZC2，分別為與巖壁相接的三根拉桿ZC1和與地面相連的兩根支撐ZC2。

繪制面根據(jù)計算需求設(shè)置自動剖分選項后，共計節(jié)點340個，單元112個。所有框架梁設(shè)置為兩端剛接，平臺兩端與巖壁相接處設(shè)為固定支座，ZC1與框架梁剛接與地面鉸接，ZC2兩端剛接，與地面相接的支座形式為固定。

模型如圖3所示，3號加速度傳感器模擬加速度時程曲線如圖4所示。

圖3 模型圖示

圖4 3號加速度傳感器模擬加速度時程曲線

3.1 模態(tài)分析

以棧橋模型實體為基礎(chǔ)，建立SAP2000模型進行數(shù)值模擬，進行模態(tài)分析。

SAP2000模擬結(jié)果顯示其一階模態(tài)頻率為8.1 Hz，一階振型是結(jié)構(gòu)沿豎直方向（z向）平動。

二階模態(tài)頻率為24.5 Hz，振型是結(jié)構(gòu)沿水平方向平動。

通過摸底動員，工作小組在4月又分別召開不同層次的座談會和戶主會，同時充分發(fā)揮黨員示范崗的作用，每個黨員上門到聯(lián)系戶簽訂入社意向協(xié)議，最終90%村民形成入社共識。

三階模態(tài)頻率為27.0 Hz，振型是結(jié)構(gòu)繞xz平面扭轉(zhuǎn)。

四階模態(tài)頻率為30.5 Hz，四階振型是結(jié)構(gòu)繞yz平面扭轉(zhuǎn)。

五階模態(tài)頻率為30.6 Hz，振型是結(jié)構(gòu)沿xy平面與x軸夾角45°方向平動。

六階模態(tài)頻率為34.2 Hz，振型是結(jié)構(gòu)繞xy平面扭轉(zhuǎn)。

3.2 舒適度模擬分析

（1）步行工況下的舒適度分析。

在實測和數(shù)值模擬情況下，四個加速度傳感器得出的加速度統(tǒng)計情況，如表4所示。

表4 步行工況加速度統(tǒng)計 單位：mm/s2

分析步行工況下加速度情況，模型中18號節(jié)點（3號加速度傳感器位置）的最大加速度為830.6 mm/s2，有效加速度約為0.3 m/s2。從現(xiàn)場舒適度檢測情況可知，在15人的步行情況下，有效加速度可以控制在0.15 m/s2。在數(shù)值模擬下，3號加速度傳感器有效加速度達0.3 m/s2，原因在于有限元模型較實際結(jié)構(gòu)更剛。

（2）跑步工況下的舒適度分析。

跑動情況下，實測有效加速度遠超0.15 m/s2，SAP2000模擬結(jié)果相反，最大加速度也在保證舒適度的范圍內(nèi)。分析原因為跑步荷載的頻率與實際結(jié)構(gòu)卓越頻率較為接近，響應(yīng)放大，如表5所示。

表5 跑步工況加速度統(tǒng)計 單位：mm/s2

（3）跳躍工況下的舒適度分析。

跳躍工況下實測數(shù)據(jù)顯示，有效加速度遠超0.15 m/s2；數(shù)值模擬結(jié)果顯示有效加速度約0.1 m/s2，最大加速度超過舒適度限值不多。在較強動力荷載作用下，模型誤差放大，如表6所示。

表6 跳躍工況實測加速度統(tǒng)計 單位：mm/s2

4 結(jié)語

在15人步行情況下，有效加速度可以控制在0.15 m/s2，在跑動和跳躍的情況下，其有效加速度遠超0.15 m/s2。從現(xiàn)場運營實際及游客人體感覺空間舒適間距1.2 m考慮，玻璃棧道內(nèi)圈不超過10人，中圈不超過16人，外圈不超過22人，合計不超過48人。通過數(shù)值模擬進行舒適度分析，15人的步行情況下，觀光平臺的有效動力加速度約0.15 m/s2，接近規(guī)范的舒適度要求，建議平臺上每次上人數(shù)不超過15人。在平臺上跑動、跳躍均將影響觀光平臺的舒適度。