TMD減振技術在鋼結構人行天橋中的應用

蔣偉 高德尚 程婷婷

摘 要：大跨度人行天橋結構振動基頻較低，在步行激振作用下極易發生共振現象。該文結合某人行天橋的動力分析，確定了采用TMD進行減振抑振。經過實測對比，增加TMD系統后，振動加速度有效降低，效果較好。

關鍵詞：人行天橋；TMD；減振；

中圖分類號： U442.55 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（c）-0000-00

前言

人行天橋的設計除力學及結構方面外更多的需要結合道路寬度及周圍景觀要求進行。通常情況下，人行天橋的跨度在35～50m；而為了景觀效果，梁體高度較小，多為0.8m～1.5m；材料方面多采用鋼結構，以便增強跨越能力、有利于造型設計。這導致該類天橋結構的豎向自振頻率較低，多為1.7Hz～2.85Hz。該頻率與行人正常行走的頻率十分接近，很容易產生豎向共振，而引起行人的不安全感。因此，《城市人行天橋及人行地道技術規范》（CJJ69-95）第2.5.4條規定：“為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3MPa。”

2000年6月，倫敦千禧橋開放僅三天就不得不封閉引起廣泛關注。引起了對橋梁橫向晃動或者扭轉共振的研究熱潮。早期設計的人行天橋對振動問題認識不足，產生了較嚴重的后果。因此，有必要對人行天橋的動力特性進行分析，確定各階模態的頻率和振型。對自振頻率較低的各模態進行有針對性的進行減振、抑振方面的改造。

1某橋概況

某人行天橋采用變高度簡支鋼桁梁，全長為100m。鋼桁梁采用拼裝結構形式，均采用M24高強螺栓連接。主桁橫橋向中心距為7.5m，跨中桁高為13.3m，中部4個節間長度為8m，其余8個節間長度為8.5m。

全橋均為焊接H型桿件，主桁上弦桿件高560mm、寬400mm；主桁下弦桿件高460mm、寬400mm。模型邊界采用比較理想的支撐條件模擬，支座布置如圖1所示。

2振動特性計算

2.1荷載取值

計算荷載除了自重外主要包括橋面系恒載和二期恒載。橋面系恒載取9.3kN/m，二期恒載取10kN/m，計算模型如圖2所示。

結構的一階橫向及豎向計算頻率均小于3Hz，且與行人正常行走的頻率比較接近。應采取有效的減振、抑振措施。

3 TMD系統設計及效果分析

TMD系統是既有結構被動減振控制體系中的一種，主要包括固體質量、彈簧減震器和阻尼器等，運行時其附著在主結構上。設計時可以根據結構特點和振動特性選擇TMD的自振頻率。當主結構振動時，TMD會產生一個與主結構振動方向相反的慣性力反作用在主結構上，從而起到抑制振動的作用。

進行TMD設計時主要的參數包括：質量（TMD的質量與主結構質量比）、頻率（應與主結構振動頻率相同或相近）、阻尼比。一般情況下，其減振效果與質量比成正比。該橋在橫橋向及豎橋向各安裝了TMD，從表2中可以看到減振效果明顯。

4小結

（1）根據動力分析的計算結果，鋼結構人行天橋自振頻率較低，在步行激振作用下容易出現共振，增設TMD系統進行減振是有必要的，且減振效果明顯。

（2）橋梁共振現象產生的根本原因為橋梁的結構振動特性決定的；一定的外部能力輸入只能激發共振產生。人行天橋設計時應適當增大結構阻尼，合理選擇跨徑和天橋的結構尺寸。為適應景觀效果，在設計階段即可考慮安裝TMD系統以優化天橋的結構尺寸。

（3）TMD系統質量較大，安裝時應與既有的桿件可靠連接，必要時應進行加固或加勁處理。安裝位置應保證天橋結構重量均衡。同時應保證日常養護維修可以到達。

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