環形鋼結構人行天橋受力性能及加固方法研究

譚榮昕

(徐州市市政設計院有限公司，江蘇 徐州221002)

1 動力性能有限元分析

1.1 MIDAS/Civil 軟件介紹

MIDAS/Civil 軟件的設計理論基礎為有限元理論，通用于橋梁領域中，軟件集靜力分析、動力分析、屈曲分析、幾何非線性分析等分析功能于一體，具有較高的便利性［1］。

1.2 建立有限元模型

在MIDAS/Civil 2013 軟件及橋梁空間線性的基礎上，建立空間有限元模型，對橋梁的受力性能進行分析，鋼箱梁采用四節點板單元，梁單元為獨柱墩，在整個人行天橋中，單元共有7271 個，節點為6371個。建立三維坐標系，坐標軸與位移方向一致時，位移值記為正數，否則是負數。對邊界條件進行限定，在橋梁兩端圓曲線處，選擇的支座為固定支座，限制的自由度為6 個，在橋梁直線段處，采用彈性支座，限制的自由度為3 個。橋梁結構采用材料為鋼板。依據上述條件，利用有限元模型計算出豎向振型、內力及撓度。

1.3 有限元分析與實測數據對比

將利用有限元模型計算出的結果與實測數據對比顯示，在滿布人群荷載條件下，有限元計算結果與實測結果基本一致。通過數據結果可知，此環形鋼結構人行天橋的豎向振動頻率較小，不符合相關規定，易引起共振反應，降低天橋使用的牢固性。

2 加固方法

2.1 采用TMD 減振控制

TMD 是指調諧質量阻尼器，通過共振原理，控制主體結構某些振型的動力響應。在人行天橋中，主體結構與TMD 的頻率比、質量比，TMD 自身的阻尼比在TMD 系統的調節下，能夠將行走時產生的振動能力吸收，降低產生人橋共振的可能，保證行人行走時的安全性。在選擇的案例工程中，TMD 安裝的數量為6 個，分別為安裝在立柱1 與2、立柱4 與5、立柱6 與1 之間，依據每跨TMD 的參數，將控制結構豎向振型計算出來，同時計算出控制結構的內力和撓度，將計算數值與原結果進行對比結果顯示，在人行天橋的第一階豎向振型方面，頻率與原結果基本相同，依然不符合相應規范要求，在豎向撓度方面，減震效果并未達到理想結果，因此，此種方法并不適合環形鋼結構人行天橋。

2.2 改變立柱與主梁約束關系

此方案采用約束支座自由度的方法，原結構中，立柱2、3、5、6 頂部均設有支座，約束自由度時，僅約束了橫向、縱向及豎向三個方面，在新的固定方案中，用剛性支座替換盆式橡膠支座，從而有效約束了全部的自由度，橋梁的整體剛度也得到提升［2］。依據改變后的立柱與主梁約束關系，建立相應的有限元模型，通過相應參數的代入，計算出結構豎向振型、內力及撓度。將計算結果與原結構減震率對比可知，天橋第一階豎向振型的頻率得到較大提升，但與規定的振型頻率仍有差距，立柱與主梁約束關系改變后，豎向撓度方面得到了良好的控制，有效提升了天橋的減震效果。

2.3 增加立柱方案

在保證機動車正常通行的前提下，在原立柱數量基礎上再新增3 個立柱，分別設置在立柱1 與2、立柱4 與5 之間，其中，立柱1 與2 之間設立1 個新的立柱，剩余2 個新的立柱設置在立柱4 與5 之間，頂部為了良好的支撐主梁，做箱型懸挑，截面為500 mm×500 mm［3］。立柱增加完成后，建立相應的有限元模型，并計算出結構豎向振型、內力及撓度。將計算結果與原結構減震效果對比可知，天橋第一階豎向結構減震頻率顯著提升，且超過了規定的振型頻率，具有良好的減震效果。

3 結 語

受力性能與牢固性是環形鋼結構人行天橋安全與否的兩個重要指標，通過對受力性能的分析，了解天橋使用過程中受力性能的變化情況，并依據分析結果，選擇有效的加固方式。與TMD 控制相比，改變立柱與主梁關系及增設立柱的方案具有良好的減震效果和較高的實際應用價值。

［1］劉濤，王琛妹，張愛江.鋼結構人行天橋典型病害分析與維修加固方法［J］.市政技術，2014，(4):75－77.

［2］馮鵬，金飛飛，葉列平.FRP 人行天橋的結構性能與設計指標研究［J］.建筑科學與工程學報，2011，(3):14－22.［3］鄭洪濤，吳波，吳森鑫.環形鋼箱梁人行天橋荷載試驗與承載能力分析［J］. 中國市政工程，2015，(1):90－93 +96 +106.