某人行天橋動荷載試驗研究

（河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450006）

1 工程概況

某人行天橋建于1998年，該橋為柔性懸吊結構。上部結構為3 跨鋼懸索吊橋。主要受力構件為主塔、主纜、吊桿。主纜分兩股（2φ32 橋用鋼纜，GB 1102-74 要求），每股由6 根鋼絞線組成。主跨東西兩側各有12 根Φ25螺紋鋼筋（15MnVq 鋼）做吊桿，每個邊跨東西兩側各有4 根吊桿，各懸吊1根型鋼，兩根型鋼上架預制混凝土橋面板。螺紋鋼筋吊桿下部用螺母錨固在型鋼上，上部通過索夾連接主纜。主跨26.6m，邊跨8.7m，全長44m。矢跨比1:4。主纜線型方程為：y=0.03846x2。橋塔采用鋼管混凝土結構，鋼管630mm×7mm，混凝土等級C15。基礎為鋼筋混凝土擴大基礎。橋面寬4.4m。橋面及踏步表面全部鋪設木板；護欄材質為不銹鋼。

2 動荷載試驗的意義

中華人民共和國行業標準：《城市人行天橋與人行地道技術規范》（CJJ 69-95），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3Hz”。因此，必須對人行天橋的振動問題有所考慮。

在通常情況下，結構都會因某種原因產生振動，特別對于柔性體系，這種情況更加明顯。相關研究表明，正常人在行走過程中，產生的頻率大概為1.6Hz 至2.4Hz 之間。從某種意義來講，所謂的共振，就是結構的自振頻率和外部激勵產生的頻率相同或相近，以及高階成倍數時發生的一種力學現象。為了避免共振的產生，設計上往往通過某種方法或措施增加結構的阻尼，尤其對應柔性體系結構。對應城市人行橋來講，由于多處于鬧市區或城區商業區等交通流量較大區域，人流密度大，出現共振的概率往往也會增大。因此，有必要對結構進行動荷載試驗，來測定橋梁結構動力特性參數，了解結構當前使用狀況。

3 動荷載試驗的內容

結構動力測試的測點布置與試驗所考察的主要振型有關，響應測點應盡可能避開各階模態的節點。全橋共用加速度傳感器3 個，全部為V 向，分別布置在3 跨的跨中。本次動荷載試驗主要測定橋梁結構的自振頻率、結構阻尼比。試驗儀器采用江蘇東華測試儀器有限公司生產的DH5922-32 振動信號采集分析系統。該系統有激勵部分、信號量測與數據采集部分、信號分析和頻響函數分析估計幾個部分組成。為準確采集環境激勵信號，本次試驗選擇靈敏度較高的DH610 低頻加速度傳感器，頻響范圍為0.01Hz～100Hz。其原理框圖如圖3-1 所示。

圖3-1 DH5922-32 振動測試系統原理框圖

4 動荷載試驗結果與分析

4.1 結構振動的速度時程曲線

圖4-1 分別為脈動試驗、行人試驗中所得到的振動速度時程曲線。

圖4-1 振動速度時程曲線圖

4.2 結構固有頻率測定

對采集的時域信號進行快速傅立葉分析獲得的頻譜圖如圖4-2 所示。獲得測點信號的頻譜圖后，用傳遞函數法對選擇的頻率峰值進行參數識別，可以求得結構的自振頻率為2.0Hz。

圖4-2 振動信號頻譜圖

4.3 阻尼比的測定

橋梁結構阻尼特性，一般用對數衰減率δa或阻尼比ξ來表示。從橋梁振動衰減曲線可以求得這些橋梁振動參數。圖7是行人試驗過程中，所測得的橋梁振動衰減曲線，從圖中波形求得平均衰減率δa為：

則阻尼比為：

圖4-3 行人振動衰減曲線

5 結論

通過動力試驗分析可以得到以下結論：

1、實測橋梁結構固有頻率2.0Hz，不滿足國家規范要求，和行人正常行走步頻非常接近。應采取有效減振措施。

2、實測橋梁結構阻尼比0.0197，對數衰減率為0.1237，鋼結構的阻尼比一般在0.01－0.02 之間，該橋阻尼比在正常范圍。

6 技術建議

（1）該橋位于繁華市區，上跨建設路，具有重要的政治、經濟、社會價值。該橋的設計對結構的耐久性、振動考慮不足。施工粗糙。

（2）拆除全部外部裝修。外部裝飾增加了設計未考慮的橋梁恒載，壓縮了橋梁凈空，隱蔽了橋梁病害，造成日常檢查、養護和維修無法進行。是一種舍本逐末、華而不實的做法。有很大的安全隱患。

（3）結構存在安全隱患：

①吊桿錨固處銹蝕嚴重，吊桿存在脫落的可能性。

②吊桿、主纜的防腐材料為非常松動的粉末，無任何強度和防水效果。

③主纜的外防護施工粗劣，已經開裂，主纜錨固處無有效防護，銹蝕。

④踏步鋼構件嚴重銹蝕，混凝土板開裂。

應對該橋進行全面維修，對主纜、吊桿、主梁除銹，采取有效防銹措施，維修踏步。

（4）該橋的實測豎向自振頻率為2.0Hz，不滿足國家規范要求。和行人正常行走步頻非常接近。應采取有效減振措施。

（5）在全面維修或拆除重建前應采取以下應急措施：

①加強養護管理，加強檢測、維修，及時消除安全隱患，以提高其應對極端狀況的能力。控制結構的振動，盡可能避免意外的發生。

②嚴格管控群眾集會時過橋人群數量，可預先設置隔離柵，分流人群，確保橋梁和集會群眾的生命安全。