详情

原文传递人行天桥的动力特性与人致振动的试验研究

论文题名：	人行天桥的动力特性与人致振动的试验研究
关键词：	人行天桥;竖向步行力;振动响应;自振频率
摘要：	行人经过一些人行天桥时经常能感到明显的振动，这就容易引起人们心理上的恐慌，给行人带来不舒适感。自2000年伦敦千禧桥过度振动事件之后，虽然国外学者对此已进行了相关研究，但并未真正引起人们的重视，且研究成果并不完全适合于我国国情，而国内研究却少之又少。因此，开展相关方面的试验研究是十分必要且迫在眉睫的。　　本文总结前人经验，首先利用设计的行人连续步行激励双足测试装置，对20位测试者的脚步力竖向分量进行了测量与分析。其次利用941B型超低频测振仪及北京波谱采集仪在环境激励、单人行走、原地踏步以及人群行走等不同工况下对西安理工大学东门人行天桥进行了现场测试，得到了其动力特性，了解了天桥结构真实的动力响应，可为结构后续的加固、改造提供所需的信息。最后基于MIDAS Civil平台，对天桥进行有限元建模，利用实测脚步力曲线模拟了人行天桥的振动响应。具体内容及结论如下：　　1.设计了行人连续步行激励双足测试装置，对20位测试者竖向步行力荷载进行了测量，随后对所采集到的数据进行了分析、归纳及总结,绘制了每一位测试者竖向脚步力叠加曲线，模拟出了行人完整连续的步行过程。通过每位测试者竖向脚步力曲线的相互比对，得到了行人竖向步行力特性以及双足步行特点。　　2.通过对环境激励（地脉动、交通、风等）下桥面的加速度响应进行功率谱分析，得到了该人行天桥的结构动力学特性，识别出了桥梁结构的固有频率、振型，又通过波形衰减段数值的拟合及自由衰减法求得了结构的阻尼比。获得了天桥现场测试资料，可为该工程日后的安全性评估积累了技术资料，也为类似工程的设计提供了参考。试验数据表明，结构的前几阶频率分辨明晰，其一阶竖向自振频率3.467Hz满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）的要求，但较为接近规范要求的最小值3Hz。利用半功率带宽法进行了桥梁阻尼比的计算，计算结果为1.64%。　　3.针对本文研究对象—西安理工大学东门人行天桥，提出了利用原地踏步人致共振的试验方案。测试人员按照天桥基频进行原地踏步，记录天桥完整的振动波形曲线，得到了原地踏步工况下桥梁的最大加速度值，对采集到的数据进行分析后得到了桥梁基频；在振动波形曲线呈衰减趋势段，截取数值较大的一段振动波形，对这段波形峰值及波谷值分别进行了拟合，发现趋势线周围的数据点比较集中，表明衰减波峰数值之间拟合度较高；随后任意选取较大的连续7个幅值利用自由衰减法计算出天桥结构的阻尼比，计算结果为1.17%。　　4.分多工况对该桥进行了动力响应测试，分析了人行天桥在不同频率、行人数量、作用形式下，桥梁跨中真实的动力响应。测试结果表明，人行天桥在不同荷载工况中，测得的桥梁频率均处在3.4Hz左右，振型主要以一阶为主。而当桥上行人按照天桥竖向基频跑动或者原地踏步工况下，桥梁竖向加速度最大值达到1499.72mm/s2，远远大于其余工况，也较大地超过了人体感觉舒适度的要求，可以断定再次工况下天桥达到了共振状态。　　5.基于MIDAS Civil平台，首先对西安理工大东门人行天桥进行了有限元建模、分析，将得到的天桥动力学特性与在环境激励下天桥实测结果进行比对，发现天桥竖向频率相差不超过10%，较为一致；而两者横向频率值相差较竖向的要大，其中横向一阶频率相差达到29.06%。随后又利用第二章中通过步行力测试试验得到的行人脚步力曲线，计算和分析了人行天桥在单人（行走及跑动）及人群步行荷载下的响应，后与实测结果也进行了对比，分析了两者之间相差的原因。
作者：	李江
专业：	结构工程
导师：	张俊发;高亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文