杨 光

(大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116000)

人行悬索桥的舒适度分析

杨 光

(大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116000)

对目前国内外人行桥的振动舒适度标准进行了分析讨论，选取国际标准化组织ISO规范作为标准，对人行悬索桥进行人致振动的动力时程分析，并对人行悬索桥的舒适度做出评价。

人行桥，人致振动，动力分析，振动舒适度

世界上最古老的桥梁结构是独木人行桥，人走在上边就像扁担一样上下摆动，这就是人类最早感知的桥梁人致振动。我国现有规范关于人致振动的要求，一是通过限制结构的静力挠度，二是控制结构竖向基频。根据CJJ 69—95城市人行天桥与人行地道技术规范中第2.5.4条规定，人行天桥上部结构的竖向一阶自振频率不应小于3 Hz。悬索桥具有跨度大，结构轻，刚度柔和阻尼小的特点，其自振周期较长，频率较低，因此人行悬索桥很难满足我国规范要求，而且我国规范也没有考虑侧向振动问题，并且我国规范也没有关于人行结构的振动特性与行人舒适度之间的相互关系的条文或说明。

本文对人行舒适度的国内外现有规范和标准进行了比较研究，选取国际标准化组织ISO规范作为标准，对人行悬索桥进行人致振动分析，并对其舒适度作出评价。

1 现有人行桥舒适度的规范和标准

对于人行桥来说，影响行人振动舒适度的因素有很多，主要有两个方面，一是结构自身的振动特性包括振动方向、振动频率、振动响应幅度，二是行人激励状态包括行人密度、重量、分布的区域、行走的速度、方向等等因素均会对行人的舒适性产生影响，而我国规范仅要求竖向振动频率不小于3 Hz显然是不合理的。而且在伦敦千禧桥震动事件发生之前，人们对人行桥的侧向振动及侧向舒适度的考虑还很不周全。

自从2000年以来，人们致力于人行桥的人致振动研究，并取得很大进展：分别于2002年、2005年和2008年召开了3次人行桥振动的国际会议，得出大量有价值的研究论文；欧洲法、德等国相继推出或修订了人行桥设计的相关规范。经过这些年的工程实际经验，桥梁界的设计师已经意识到：大跨度的人行桥必须保证其动力使用性能，特别是横桥向的动力稳定性，分析方式采用人行激励的动力时程分析。

2 秀水桥舒适度分析

秀水桥为主跨80 m的人行悬索桥，桥跨布置为25+80+25=130 m，人行道净宽4 m。主缆跨度为80 m，垂度为8.8 m，垂跨比1/9.09，采用空间双索面。桥塔为混凝土结构，加劲梁采用钢板梁。由于悬索桥自身结构体系特性，其基频很难满足我国规范自振频率不应小于3 Hz的要求。同时大跨柔性结构的横向振动问题日益突出，有必要对秀水桥的舒适度进行分析，并作出评价。

本文选取国际标准化组织ISO规范作为标准。

1)单个行人的荷载标准。

按照国际标准化组织ISO规范中第10137条规定，单个行人的荷载模型采用周期性模式，该行人的重量标准值采用750 N，单个行人的竖向荷载标准值为：

Fpv(t)=0.4×750sin(2πfp.vt)

(1)

单个行人的侧向荷载标准值为:

Fpv(t)=0.1×750sin(2πfp.ht)

(2)

式(1)、式(2)中，fp.v，fp.h分别为行人的竖向步频和侧向步频，当行人步频与结构基频一致时，结构产生共振，因此规范中偏保守地取用人行天桥的一阶竖弯自振频率和一阶侧弯自振频率。

2)人群的荷载标准。

国际标准化组织ISO规范对于人群荷载同样采用周期性荷载模式，人群重量标准值为N与单人重量标准值的乘积。考虑到桥上人群行走时步伐的不一致性，人群行走引起的振动效应有一部分会相互抵消，因此规范通过非一致调整系数C(N)来考虑人群行走时步伐不一致对结构振动响应的影响，调整系数为:

(3)

其中，N为人群数量，可以由下式得出:

N=B×L×S

(4)

其中，B为人行桥的有效净宽度；L为人行桥有效计算跨径；S为每平方米人的数量，其取值为0.1人/m2～0.15人/m2。

人群作用的竖向荷载模型标准值为：

(5)

人群作用的侧向荷载模型标准值为：

(6)

国际标准化组织ISO规范采用式(5)和式(6)作为人群激励作用的竖向和侧向荷载模型，假定人行走时每步约迈出0.75 m，则人群激励以集中力的形式，按照0.75fp.v的速度在天桥上从一端走到另一端。

3)舒适度指标标准。

国际标准化组织ISO规范第10137条给出了运动过程的行人满足振动舒适度的临界曲线，当结构人行激励的响应振动加速度有效值在图1中实线以下时则认为该结构满足行人舒适度的要求。

4)秀水桥人致振动分析及舒适度评价。

对秀水桥进行动力特性分析，其一阶竖向频率fp.v=1.42 Hz，一阶横向频率fp.v=1.04 Hz。模态图如图2，图3所示。

秀水桥计算跨径为80 m，宽度4 m，人群密度取值人群荷载0.15 人/m2，则N=B×L×S=80×4×0.15=48。人行激励荷载值列于表1。

表1 人行荷载等效工况表

对秀水桥采用移动荷载时程分析，计算随时间变化的加速度曲线如图4～图7所示。

表2 秀水桥人致振动分析结果表

参照规范设计工况天桥动力响应—跨中加速度极值cm/s2天桥动力响应—跨中加速度均方根值cm/s2规范标准alim限值cm/s2是否满足舒适度国际标准化ISO规范114．3410．1351满足20．220．1530满足370．6949．9751满足40．430．3530满足

各工况加速度值列于表2，可以看出在单人激励下，无论竖向还是横向，桥梁结构振动反应较小。在人群激励下，桥梁结构横向加速度较小，而竖向加速度接近限值。应加强秀水桥的人流量监测，对节假日可能出现的人流高峰加以控制疏导，必要时可考虑设置阻尼器来改善结构动力响应及人行舒适度。

3 结论与展望

悬索桥作为大跨柔性体系，其频率较低，把结构基频作为控制条件，不仅无法满足，也不合理，必须要进行人致振动分析和舒适度评价。

1)秀水桥主缆采用空间双索面结构体系，具有一定的横向刚度。因此秀水桥的横向振动响应非常小。2)人行荷载的动力特性实验研究。现有研究数据主要是依据西方人种的测量结果，急需针对我国人行步荷载调查研究，以确定适用于我国国情的人行荷载数学模型。3)行人的人行激励模型。在人行激励的研究中，有大量的随机性，因此采取了大量的假定。这些假定与桥梁运营中的实际情况有很大的不一致性。

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Comfort analysis of pedestrian suspension bridge

Yang Guang

(DalianMunicipalDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd,Dalian116000,China)

Analyzed and discussed the vibration comfort standards of inside and outside footbridge at home and abroad currently. Select the ISO as the standard, make dynamic analysis of pedestrian suspension bridge by pedestrian-induced vibration and make evaluation of comfort.

footbridge, pedestrian-induced vibration, dynamic analysis, vibration comfort

1009-6825(2015)07-0178-02

2014-12-30

杨 光(1981- )，男，硕士，工程师

U448.25

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