1、Zhejiang Construction,Vol.40,No.1,Feb.2023人行天桥能够缓解日益增加的人流量对城市交通带来的巨大压力，提高交通运输效率。人行天桥跨度的日益加大使新型轻质高强材料得到广泛应用，于是城市景观和桥梁美学也对人行天桥提出更高的要求，使得人行天桥的基频不断降低，人行天桥振动及造成的行走舒适性问题更加显著。1工程概况本项目位于杭州拱墅区远洋运河商务区，为了增加商务区内各个地块之间及商务区和周边地块之间人员走动的便利性，在不同地块之间设置了跨越车行道路的人行天桥。本项目人行天桥跨越城市车行道路，连接B04地块商业综合体（位于西侧）及B03地块商业办公（位于东侧），人行
2、天桥桥面中 间 跨 跨 度 为 33 m，属 于 大 跨 结 构。见图1。本项目采用钢框架结构，钢框架抗震等级三级，局部大跨度梁柱抗震等级二级。水平方向分三跨，中间一跨跨越城市车行道路，为大跨结构，出于建筑造型上的考虑，大跨度钢结构人行天桥舒适度分析ComfortAnalysis of a Large-span Pedestrian Bridge of Steel Structure赵勇，赖达东，张霞ZHAO Yong，LAI Dadong，ZHANG Xia浙江省建科建筑设计院有限公司，浙江 杭州 310012摘要针对人行天桥振动及造成的行走舒适性问题，以杭州市拱墅区某钢框架结构大跨度人行天
3、桥为例，介绍了大跨度人行天桥项目的舒适度分析过程：采用有限元软件建立计算模型，通过验算结构竖向自振频率，计算人行天桥在人行激励荷载作用下的竖向振动加速度，以判定其舒适度。在竖向振动峰值加速度不满足相应规范和文献限值要求时，通过增设TMD阻尼器的方法，可有效抑制人行天桥桥面在人行荷载激励下的振动，改善其竖向振动加速度峰值。这表明采用TMD阻尼器改善人行天桥舒适度切实可行，可为同类型人行天桥项目舒适度分析提供借鉴。关键词大跨度人行天桥；竖向自振频率；人致振动；竖向振动加速度；TMD阻尼器中图分类号：U448.11文献标志码：A文章编号：1008-3707(2023)01-0027-04Abstra
4、ctThe paper explains the vibration of pedestrian overpass and the walkingcomfort issues caused by the vibration,taking a large-span pedestrianbridge of steel frame structure in Gongshu district of Hangzhou city as anexample,the comfort analysis process of large-span footbridge project isintroduced:t
5、he finite element software is used to establish the calculationmodel,by checking the vertical natural frequency,calculating the verticalvibration acceleration of the footbridge under the action of pedestrianexcitation load,determine its comfort.When the peak acceleration ofvertical vibration does no
6、t meet the requirements of relevant specificationsand literature limits,the method of adding TMD damper can effectivelysuppress the vibration of pedestrian bridge deck under the excitation ofpedestrian load,reduce the peak value of its vertical vibration acceleration,the results show that it is feas
7、ible to use TMD damper to improve thecomfort of pedestrian overpass.This paper can provide reference for thecomfort analysis of similar pedestrian overpass projects.Keywordslarge-span footbridge；vertical frequency；human-induced vibration；verticalvibration acceleration;TMD damper图1人行天桥位置27DOI:10.1587
8、4/33-1102/tu.2023.01.016浙江建筑第40卷第1期2023年2月中间跨仅设置单柱，单柱两侧设悬臂梁，悬臂梁跨度5 m。见图24。项目设计中需要着重考虑的问题：1）天桥桥面为单跨钢框架结构，中间跨两侧仅设单柱，跨度33 m，为大跨结构，单柱两侧为5 m跨悬臂梁。中间单柱的承载力需按各工况验算并考虑一定安全储备，悬臂梁变形需验算满足规范。2）受桥面标高及中间跨道路处梁底净高限制，中间大跨钢梁高最大为1.3 m，跨高比大于1/25，梁高略偏小，中间跨框架钢梁变形需验算满足规范。3）由人行走、跳跃等行为引起楼板结构的振动以及人行走引起人行天桥的振动，会给行人带来不适和不舒服感。楼盖
9、结构舒适度需满足规范限值。针对以上问题采取相应措施如下：1）中间单柱、中间跨大跨度钢框梁及单柱两侧悬臂梁按抗震等级二级设计计算，钢框柱按中震不屈服（正、斜截面不屈服）设计计算，中间跨2根单柱按ETABS程序计算的各工况验算柱承载力并考虑安全储备。根据计算复核结果，中间单柱取为钢管混凝土柱，截面尺寸见表1。2）中间大跨钢框梁及悬臂梁变形验算满足规范要求。大跨主框架梁截面和大跨悬臂梁截面均取为箱型钢梁，见表1。3）对桥面结构进行舒适度分析。结合此天桥桥面结构平面布置情况，预计中间跨中间悬挑末端的变形最大，其附近位置为考察重点。桥面结构舒适度分析方法及步骤如下：1）复核桥面结构竖向自振频率。采用ET
10、ABS程序对桥面楼盖结构进行模态分析，复核结构竖向自振频率是否满足规范要求。2）根据模态分析结果，进行桥面结构人致振动分析，复核桥面竖向振动较大位置在人行荷载作用下的加速度响应，是否满足规范及相关研究文献的要求。3）峰值加速度不满足限值的情况下，考虑是否可以调整结构体系或结构布置，但受到中间跨跨度和中间跨单柱大跨悬臂梁及桥面结构下净高等因素限制，无法有效地调整，故在不调整结构体系及布置的情况下采取针对性的解决方案：在不满足限值的位置附近增加TMD阻尼器（调谐质量阻尼器），使人行天桥桥面楼盖结构满足相关舒适度要求限值。2结构竖向自振频率验算城市人行天桥与人行地道技术规范（CJJ 6995）1 第
11、2.5.4条规定：为避免共振，减小行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于3 Hz；高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 32010）2 第3.7.7条规定：楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3 Hz。本项目初始建模在PKPM程序中完成，再由PKPM模型导出为ETABS数据，然后用ETABS程序导入该数据，完成PKPM模型到ETABS模型的转换，转换后注意点如下：1）在ETABS菜单下操作，逐层检查构件（板、梁、柱）有无缺少、截面信息是否正确，如有问题则用绘图菜单操作补上或修改。2）逐层检查荷载是否丢失，丢失处补上。3）查校结构总信息是否正确，不正确处修改调整。采用
12、ETABS程序对桥面楼盖结构进行模态分析（图5），计算得到前三阶振型振动频率（表2），通过观察模态分析结果中各振型的振动动画演示情况，确定第一阶振型为结构竖向振动，取第一阶振型振动频率为竖向振动频率，即楼盖结构的竖向振动频率为3.192 Hz。本工程桥面楼盖结构竖向频率大234图2人行天桥桥面结构布置图3人行天桥北立面图4人行天桥剖面表1主要钢构件尺寸构件中间跨单柱其余4根钢框柱中间大跨主钢框梁大跨悬臂钢梁构件尺寸/mmmm1 80035800201 30050020351 3008003040备注圆形钢管混凝土截面圆形钢管混凝土截面箱型钢梁箱型钢梁注：钢构件强度等级均为Q355B，圆形钢管混
13、凝土柱内混凝土为C35自密实混凝土。28Zhejiang Construction,Vol.40,No.1,Feb.2023于3 Hz，但比较接近该限值，所以需要进行桥面结构人致振动分析，验算竖向振动加速度。通过第一阶至第三阶振型模态分析结果，找出振动较大的位置作为考察点，见图6。发现振动较大的位置主要集中在大跨结构中间位置，这也与结合天桥桥面结构平面布置情况，根据结构的变形作出的预测相符。3桥面结构人致振动分析高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ32010）2 第3.7.7条的规定：竖向振动加速度峰值不应超过表3中所示的限值。室内和室外人行天桥的峰值加速度不应超过表4的要求 3。本项目于 20
14、16 年完成施工图设计。2020年1月1日建筑楼盖结构振动舒适度技术标准（JGJ/T 4412019）4 开始实施，其第4.2.4条规定：连廊和室内天桥的第一阶横向自振频率不宜小于1.2 Hz，振动峰值加速度不应大于表5规定的限值。表4和表5室内人行天桥的峰值加速度限值基本相同，表4室外人行天桥和表5不封闭连廊的峰值加速度限值基本相同。无论采取何种方法进行舒适度设计，必须先确定人行天桥的荷载激励。由于天桥上人群的通行速度、流量和分布状态等存在多种可能的组合，这使得最不利人行荷载的确定具有较大的难度 5-6。考虑本项目天桥是以行走激励为主的楼盖结构，故只考虑人行天桥的竖向振动舒适度，忽略柱对人行
15、天桥动力性能的影响，行走激励取单人行走激励计算楼盖的振动响应，动力响应计算时可以忽略静荷载的影响，单个行人行走的荷载函数可用下式表示 7：F（t）=P0icos（2fit+i）（1）式中：F（t）为人行走的荷载函数；P0为人的重量，一般取0.7 kN；i为第i阶荷载频率的动力因子；fi为第i阶荷载频率；t为时间；i为第i阶荷载频率的相位角。采用 ETABS 程序，时程分析法计算。将单个行人行走的荷载函数作为点荷载输入到图6考察点位置处，计算得到各考察点处的竖向加速度响应，图7为加速度响应峰值最大点的竖向加速度响应（考察点2），图8为加速度响应峰值最小点的竖向加速度响应（考察点11）。各点加速度
16、响应峰值见表6。考虑本工程人行天桥，两侧连接商业综图7考察点2加速度响应(峰值最大点)图8考察点11加速度响应(峰值最小点)表6各点加速度响应峰值考察点1234567891011加速度响应峰值2342572321872031826472645739高规 室内连廊限值178178178178178178178178178178178单位：mm/s2注：室内天桥限值：147 mm/s2(0.015 g)；室外天桥限值：490 mm/s2(0.05 g)。图5人行天桥ETABS程序结构计算模型图6人行天桥考察点位表2模态分析前三阶振型振动频率振型第一阶(竖向振动)第二阶第三阶振动频率/Hz3.1924.9056.127表3楼盖竖向振动加速度限值人员活动环境住宅、办公商场及室内连廊峰值加速度限值/(m/s2)竖向自振频率不大于2 Hz0.070.22竖向自振频率不小于4 Hz0.050.15使用环境室内人行天桥室外人行天桥加速度限值/g0.0150.050表4室内和室外人行天桥的峰值加速度限值楼盖使用类别封闭连廊和室内天桥不封闭连廊峰值加速度限值/(m/s2)竖向0.150.50横向0.10.