基于TMD的大跨连续钢箱梁人致振动分析研究

一般大跨连续钢箱梁人行桥难以满足我国现行规范对人行桥竖向自振频率的严苛要求(不应小于3 Hz)。为了对此类桥梁的人致振动舒适性进行适合准确的评价及优化,并为我国人行桥有关规范的制定提供依据,以一座(58.6+110+58.6)m大跨连续钢箱梁人行桥为例,参照德国人行桥设计指南(EN03-2008),以人群动荷载作用下结构的加速度幅值为指标对该桥的人致振动舒适性进行评价,并对舒适性不满足要求的特定模态采用布置调质阻尼器(TMD)的方法进行减振处理。分析研究表明:TMD可有效地控制结构相关模态下的人致振动响应,在人行桥第1、第3阶模态峰值位置布置总重6 000 kg TMD后,两阶模态的人致振动减振率分别为86.5%、86.3%,最大竖向加速度幅值在0.5 m/s~2以下,满足设计指南最好舒适性指标。     

大跨径人行桥人致振动舒适性研究

国内对大跨径人行桥人致振动舒适性研究较少，以某大跨径人行斜拉桥为例，采用强迫振动法和全桥连续行人流荷载模型，结合德国人行桥设计指南EN03(2007)，阐述了大跨径人行桥人致振动舒适性的评价过程，并采取了在桥上安装调频质量阻尼器(TMD)系统的减振措施设计。结果表明，通过减振措施，该桥的人致振动舒适性评价从“差”提高到了“最佳”。     

外倾单肋曲线人行钢拱桥振动舒适度评价

现代人行桥为追求美观,其设计多采用大跨轻柔的复杂结构形式。基频过低的人行桥易受行人荷载激励产生共振,从而影响行人通行舒适性。为探究人桥共振的舒适度评价机制,该文以外倾单肋曲线人行钢拱桥为研究对象,基于Midas/Civil平台对结构进行振型分析;结合德国规范EN03建立了不同人流密度下的人群荷载模型,通过时程分析和单自由度方法对比了桥梁振动峰值加速度,两者差值不超过2%;根据舒适度指标,对桥梁进行综合评价。结果表明:多人荷载数学模型仍需改善;人致振动加速度与行人密度正相关,但行人过密难以走动会引起动力效应的衰减;桥梁在正常运营状态下的振动舒适度满足要求。     

四川绵阳安昌河人行景观桥的横向振动与动力设计

随着人行桥跨度的不断增大以及对桥梁美学和城市景观的追求,人行桥的基频不断降低,其振动及带来的行走舒适性问题也相继日益突出。结合一梁拱组合体系的人行景观桥,对人行桥人致振动的理论及动力设计方法进行探讨。     

空间曲梁景观步行桥人致振动分析及减振设计

以某空间曲梁景观步行桥为例,介绍人行桥人致激励振动分析方法及减振设计方案。首先阐述了人行荷载产生的机理和简化力学模型,给出了人行桥振动舒适性评价指标;其次利用有限元软件,模拟了该景观步行桥在不同人行荷载工况下的人致振动响应,并根据舒适性评价指标进行人行桥舒适性评估;最后根据评估结果并考虑到实际结构的不确定性以及该桥的重要性,对该桥进行基于调频质量阻尼器(TMD)的减振预案设计。计算结果表明,经过减振设计之后,该桥主梁的加速度峰值大幅下降,将不会出现超过人行舒适性的人致振动。     

大跨度单索面曲线悬索桥人致振动舒适性及减振措施研究

随着桥梁美学和城市景观的追求以及新型轻质高强材料的运用,人行桥梁的跨度不断增大,基频不断降低,带来的人致振动问题也日益突出。以厦门山海健康步道节点二桥梁——单塔单索面曲线悬索桥为背景,通过行人激励下人致振动响应,分析人致振动峰值加速度和侧向锁定及其临界人数,并对安装调谐质量阻尼器(TMD)减振方案进行参数优化。结果表明:在人致振动竖向敏感频率范围内,即3 Hz以内,共有19阶模态,且模态振型耦合现象严重,不仅有主梁与桥塔、主缆耦合振型,还有主梁竖向与侧向耦合振型;第10阶和第15阶人致振动加速度峰值分别为2.127 m/s~2、3.778 m/s~2,超出CL1级舒适性指标,第7阶临界锁定人数为236人,小于设计人数1 235人;提出安装TMD并优化其基本参数,安装TMD后桥梁满足人致振动CL1级舒适性要求。     

骑行桥行人振动舒适度研究

以某设计新颖的骑行桥为背景,分析研究了该桥在行人行走、跑动作用下的振动舒适度问题。利用德国人行桥设计指南EN03规范推荐的计算方法对该桥最大加速度振动幅度进行了计算,并与对应的舒适度标准进行了对比。研究成果能够为同类桥梁设计提供技术参考。     

人行桥振动舒适性评价方法及标准研究现状

人行桥在振动荷载作用下,可能出现大幅振动,给行人带来不适的心理反应。现行各国规范对人行桥振动舒适性的评价方法主要有避开敏感频率法和限制动力响应值法。最常用的评价指标是加速度ak,根据ak所处的范围来确定人的振感。英国BS 5400和欧盟Euro code采用结构振动响应的峰值加速度alim作为人行桥的舒适性评价指标;瑞典国家规范Bro 2004采用均方根加速度aRMS作为人行桥的舒适性评价指标;国际化标准组织ISO制定出人行桥振动舒适性的国际通用标准,由表示频率和振动均方根加速度(r.m.s)关系的感觉曲线和处于振动环境中的疲劳容许时间构成。由不同规范的比较结果可以看出,在低阶频率范围内(小于2 Hz),4个规范规定的加速度指标均比较接近,而在高阶频率范围内相差甚大。     

大跨异型玻璃悬索人行桥侧向振动临界人数估计

随着人行天桥更多采用轻型材料和新颖结构,结构形式变更"轻"、更"新"、更"美",跨径变更的更"大",但由行人激励导致的振动及带来的行走舒适性甚至结构安全性问题也相继日益突出。为得到某大跨异型玻璃悬索人行桥可能引起横向动力失稳的临界人数,首先通过有限元方法对人行桥动力特性进行分析,并通过实测对动力特性计算结果进行对比验证;进一步,推导了该桥侧向振动动力失稳的临界人数估算公式,并比较了频率、振型等动力特性参数对计算结果的影响;最终,得到了大桥可能发生动力失稳的临界人数。研究结果可供该桥的运营管理提供参考,估算方法也可供类似工程借鉴。     

大跨径异形人行桥动力性能试验与分析

通过对一座大跨径异形人行桥的动力性能试验,确定了其自振特性和异步人群荷载下的振动响应值,并参考其他国家的相关规范,对该桥的行人振动舒适性进行了评价,得出该桥振动舒适性良好的结论。     

大跨度提篮式人行拱桥的振动病害分析与改造

针对柔性桥面系动力性能不佳,在行人步伐荷载作用下振动过大,甚至可能发生人桥共振的问题,对一实例桥梁进行自振特性分析,提出提篮式拱桥的前几阶竖向自振频率主要由拱肋性能决定,竖向高阶频率主要由桥面系性能决定,提高桥面系刚度不能有效错开行人步频和结构竖向自振频率,但能有效地减弱动力响应,提高桥梁的使用性能和安全性。根据此类桥梁的这一动力特性,可以有效地诊断出其振动病害并寻求合理的改造加固措施,通常有增加桥面系刚度或增设耗能减振系统两种方法,后者更有效,也可以将这两种方法结合使用。动力响应分析法能有效地进行人行桥振动病害分析和加固前后动力性能对比分析。     

单主缆悬索桥人致振动研究及减振控制

为给单主缆悬索桥的减振控制设计提供参考,以主跨400m的合川渠江景观大桥为工程背景,建立了ANSYS有限元模型,在考虑了不同密度和加载方式的影响后,计算了人群荷载及跑步荷载作用下的桥梁人致振动,对其进行了舒适度评价,并在此基础上设计了调谐质量阻尼器(TMD)以控制该桥的人致振动。研究结果表明:德国EN03人行桥设计指南的计算结果偏于保守;等效人群荷载的计算结果大于随机人群荷载的计算结果;该桥在跑步荷载下的人致振动响应较大,不满足人行桥的舒适度要求,但在加设TMD减振系统后,该桥的人致振动响应得到很好的控制。     

太原市汾河跻汾人行桥减震设计及研究

通过研究太原市汾河跻汾人行桥的减震设计,对设置调频质量阻尼器(TMD)前后进行了比较。分析了大跨径人行桥在人行荷载作用下的竖向及侧向振动加速度,确定人行桥是否满足舒适度及人致动力稳定要求。     

高速铁路40 m简支箱梁动力响应分析

为研究高速铁路40m简支箱梁桥在列车作用下梁体及车体的动力特性及影响因素,建立车-桥耦合动力分析模型,考虑不同的桥梁刚度、轨道不平顺和残余徐变,分析梁体跨中动挠度、竖向加速度,车体脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、竖向加速度等动力特性。结果表明:梁体跨中动挠度和梁体竖向加速度受轨道不平顺幅值和残余徐变上拱幅值的影响较小;列车的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力和车体竖向加速度受轨道不平顺幅值影响较大,各项指标最大值与高低不平顺幅值呈线性关系;残余徐变上拱幅值越大,轮重减载率和车体竖向加速度越大。     

基于一种反应谱简化方法的人行桥振动分析

行人荷载是人行桥的激振源,当人行桥梁振动的位移、速度、加速度过大时,行人会因为极度不舒适而停下脚步或离开,因此人行桥的动力设计主要考虑的是结构的正常使用性能,其中,峰值加速度是衡量舒适度的重要参数.介绍了人行桥振动的基本原理以及反应谱方法的研究现状,引入具有一定保证率的概率性响应谱,并将其应用于工程实例,计算其峰值加速度,进而进行舒适度对比评价,为城市人行桥的设计计算提供了一种简单方便的方法.     

新西海桥的振动特性及舒适性评价研究

以日本首座公路钢管混凝土拱桥——新西海桥为对象,进行该桥的自由振动特性分析,采用考虑路面不平整的桥梁与车辆相互作用力学模型,分析了在移动车辆作用下该桥的动力特性,包括冲击系数和舒适度评价。研究结果表明,在移动车辆作用下钢管混凝土拱桥主跨的拱肋和桥面冲击系数都较小,钢管混凝土拱肋的振动小于主桥桥面的振动。从振动舒适性的观点看,采用纵横梁格构桥道体系的新西海桥在车辆荷载作用下拱肋、桥面和人行桥均满足舒适性要求,具有较好的行车性能。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

泉州晋江大桥动力性能分析

以一座墩塔梁固结体系的独塔预应力混凝土斜拉宽桥——福建泉州晋江大桥为对象,根据实桥环境脉动试验和空间杆系有限元模型进行了主梁-主塔基本动力性能分析;采用振动法进行了斜拉索的固有频率和索力测试,并进行了拉索安全性能评价;根据实桥车辆强迫振动试验和考虑了路面平整度的桥梁与车辆相互作用的计算模型,分析了在移动车辆荷载作用下桥梁的动力特性,包括振动加速度计算和舒适性评价。研究结果表明,采用墩塔梁固结体系的晋江大桥面内振动频率较高,主跨或边跨均出现相互独立或影响较小的振动模态;斜拉索索力分布均匀,安全系数符合规范规定;在移动车辆荷载作用下,主梁竖向振动加速度较小,在设计行车速度下可保持较好的行车舒适性。     

大跨度曲线人行桥人致振动分析与耦合振动控制研究

随着人们对城市景观以及桥梁美学的不断追求,人行拱桥跨度不断增加、结构趋于复杂,因此该类桥梁人致振动问题日显突出。该文以北水湾人行桥为工程实例,研究了该桥的动力特性,对人致振动响应理论分析结果进行了舒适度评价,采用调谐质量阻尼器(TMD)探讨和比较了大跨度曲线人行拱桥竖、横向耦合人致振动控制方案。结果表明:此类桥梁具有频率低、振动耦合现象显著的特点,需对其人致振动进行减振控制;理论分析和现场实测证明采用一个4t竖向TMD可控制其两个方向的耦合振动,控制措施有效。     

厦深铁路榕江特大桥主桥车-桥耦合振动分析

厦深铁路榕江特大桥主桥为(110+2×220+110)m下承式大跨度刚性桁梁柔性拱组合体系桥。为了解其在设计时速下车-桥系统的动力性能,基于ANSYS软件建立全桥有限元模型,分析其自振特性,采用SIMPACK和ANSYS联合数值仿真分析方法,计算CRH2动车组列车运行时桥梁和列车组的动力响应,并与现场实测值和规范限值进行对比,评价该桥在列车设计时速下车-桥系统的安全性和舒适性。结果表明:双线行车可有效减小桥梁跨中的横向振动,但对列车响应的影响很小;车速250km/h时桥梁各动力响应值均大于车速220km/h时的值,且均满足规范限值;在各工况下,列车组的车辆脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和车体加速度均小于标准限值,舒适性指标均为优或良,列车运行安全性和舒适性满足规范要求。