陈阶亮，费正云，黄 毅

（杭州市七格污水厂工程建设指挥部，浙江杭州310005）

1 工程概况

跨线桥工程位于杭州市东新路与绍兴路交叉口，桥梁与道路夹角为60°左右，南北向的东新路和东西向的绍兴路均为城市主干道，车流量大，属杭州市区通行较繁忙的交叉口。为了解决交通车辆通行和满足行人穿越道路问题，在东新路整治工程中跨线桥工程和人行天桥设施同步实施。绍兴路口跨线桥的主桥跨组成为3×30 m+（50+70+50）m+3×30 m=350 m，桥面横向布置为 0.5 m（防撞栏杆）+7.25 m（行车道）+0.5 m（防撞栏杆）+7.25 m（行车道）+0.5 m（防撞栏杆）=16 m。第一、三联上部结构为等截面预应力混凝土连续箱梁，第二联上部结构为等截面钢箱连续梁。图1为跨线桥断面及连接示意图。

跨线桥为一座结构独特的人行桥梁，人行桥的主跨为轻型双主梁格构结构，主梁通过竖、斜吊杆悬挂于上跨的行车道桥梁底，主梁的两端部搁置在引道桥伸出的牛腿上；S型引道桥采用等高度的钢箱梁连续结构，引道桥的桥墩采用单钢管或双钢管柱，与主跨桥交接处一侧通过牛腿与行车道桥的桥墩相连，另一侧通过竖吊杆悬挂于行车道桥主梁上。采用大型通用有限元计算软件ANSYS，建立了跨线人行桥的有限元分析模型。采用空间梁单元beam4模拟行车道主桥、人行主桥、人行引道桥及桥墩结构，而采用杆单元link8模拟竖、斜拉吊杆。为了协调行车道主桥梁单元和人行主桥梁单元之间的关系，将行车道主桥模拟为带刚臂鱼骨形模型。另外为提高计算精度，人行桥主跨采用更为精确的纵梁与横梁组成的梁格体系。全结构共有581个节点，667个梁单元，44个杆单元。跨线人行桥的有限元模型如图2所示。

图2 跨线桥动力分析有限元模型

2 依据ISO的结构响应分析及舒适性评估

行人行走过程中不仅会在桥上产生激励荷载，而且人－桥之间会发生相互耦合作用。行人激励下的桥梁结构的振动响应由振动方程计算得到：

式（1）中：M——结构的质量矩阵；

K——结构刚度矩阵；

C—结构阻尼矩阵；

R——行人激励产生的动力荷载。

ISO规范中评判人行桥舒适性的指标也采用均方根加速度aRMS，因此在分析了绍兴路口跨线人行桥各结构的加速度响应时程的基础上，仍选取了稳态部分的10个周期内响应进行分析。

ISO规范在人行桥振动舒适性评价方法更为全面，不仅规定了单人荷载模式，而且考虑了步伐非一致及同步伐的人群荷载，既规定了行人激励下的竖向荷载，也规定了行人激励下的横向荷载。ISO所规定的各种行人激励荷载如下：

单个行人的竖向荷载模式为：

单个行人的横向荷载模式为：

人群非一致步伐下的竖向荷载模式为：

人群非一致步伐下的侧向荷载模式：

人群同步伐下的竖向荷载模式：

人群同步伐下的侧向荷载模式：

式（2）～式（7）中：fp·v、fp·h——是行人竖向和侧向的步伐频率，为求得最大的振动响应，该频率分别取结构的前几阶竖向和横向固有频率；

S——人群密度，本文取S=1人/m2；

B——人行桥的宽度，人行主桥的B=5 m，引道桥的B=3 m；

L——人行桥的计算跨径，主桥的计算跨径LZ=60 m。

ISO规定，在求解人行桥在单个行人荷载激励下的振动响应时，荷载须作为集中荷载作用在容易引起最大响应的位置处（如跨中截面处）。当求解步伐非一致或同步人群荷载激励下响应时，荷载须作为均布荷载分摊到能引起最大响应的结构跨上。

ISO的第10137条还专门针对人行桥给出了行人运动过程中满足振动舒适性的临界曲线，如图3所示，当结构的振动加速度有效值在图中实线以下时认为结构满足舒适度要求。但是，该规范还强调，当行人静止于人行桥上时，其舒适性的临界指标值要适当降低，仅为行人运动中舒适性指标值的一半。表1为依据ISO确定人行桥主桥舒适性分析荷载工况。图4～图11为各工况下主桥不同截面竖向、横向加速度响应时程曲线。

表1 依据ISO确定人行桥主桥舒适性分析荷载工况

3 结论

（1）行人步伐频率与结构的固有频率一致所引起的振动响应要远大于两者不一致时的振动响应；对于人行主桥来说，第一阶竖弯频率激励下产生的振动响应最大，第三阶次之，而第二阶最小。

（2）跨线人行桥在单个行人或非一致步伐的人群以任意步频通过人行桥时，产生的竖向和横向加速度响应均能满足舒适度的要求；但当人群同步伐（频率相同、相位相同）通过人行桥时，人行桥将会产生非常大的振动响应，其使用舒适性将取决于人群中的行人数量（人群密度），因此从结构安全性和使用舒适性等方面考虑，人行桥在使用过程中要尽量避免多人齐步跑通过桥梁。

[1]ISO,Bases for design of structures Serviceability of buildings and pedestrian walkways against vibration,ISO/CD 10137,International Stadardization Organization,Geneva,Switzerland,2005.

[2]范立础.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社,1996.

[3]朱伯芳.有限单元法原理与应用（第二版）[M].北京:中国水利水电出版社,1998.