某大跨钢管桁架人行桥荷载试验与探析范文

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［摘要］本文通过对某主跨为65．73m的钢管桁架人行桥进行全桥有限元计算分析和桥梁荷载试验，分析大跨钢管桁架人行天桥的承载能力及动力特性。试验及分析结果表明:钢桁架人行天桥上部结构性能够满足设计荷载作用下的安全使用要求。桥梁结构实测与理论自振频率的偏差均在10%之内;竖向一阶自振频率实测值为2．25Hz，不满足规范中人行天桥的要求。安装TMD阻尼器后对结构减振效果不明显，需要对TMD阻尼器的参数进行进一步的优化设计，以使其减振效果达到最大化。本文所应用分析方法对解决同类工程问题具有借鉴作用。

［关键词］钢管桁架人行桥;荷载试验;有限元分析;自振特性

0引言

随着城市快速路、高速公路、轨道交通等交通系统网络迅猛发展，对城市人行过街体系也不断地提出新的要求［1］，而钢桁架人行天桥由于其造型美观，跨越能力强，施工迅速［2］等优势越来越被广泛地应用于过街人行桥中。与传统的人行天桥相比，钢桁架人形天桥的跨越能力大大提高，在跨径相同情况下可以大大地减少支撑体系数量。然而随着跨径的增加，钢桁架人形天桥的使用性能以及基频偏低的问题成为人们关注的焦点［3］。本文通过计算分析及桥梁荷载试验对某长跨钢桁架人行天桥的承载能力及动力特性进行评价，为其他同类工程提供借鉴作用。

1工程背景

某钢桁架人形桥主跨65.73m为空心钢管桁架人形天桥，其跨径布置为15.63m+65.73m+11.52m，其结构布置如图1所示。该桥为弯桥鱼腹式造型，桥面变宽变高，桥宽由3992mm渐变至4065mm，梁高由1565mm渐变至4015mm，两侧设置安全玻璃栏杆及不锈钢扶手;上部分段模块之间的连接均采用高强摩擦型螺栓连接。梯道桥墩采用钢管立柱，微型钢管接地系梁;主桥采用钢筋砼桥墩，并内置钢骨架加劲，桥墩造型呈不规则的人字形，以增强景观效果。桥面采用5～7cmC40砼+2cm防滑地砖铺装。钢构件均采用Q345D钢。设计荷载:人群荷载:5.0kN/m2。

2有限元模型

利用MIDASCIVIL建立钢管桁架天桥整体有限元模型，由于本文仅对上部结构进行分析，在建模过程中只建立了上部结构的空间钢管桁架及桥面板，对于支承点采用约束节点的方式模拟，上下弦及腹杆钢管均采用梁单元模拟，桥面板采用板单元模拟，钢管及桥面板均考虑其为弹性材料，材料性能按现行规范取值。基于有限元模型对桥梁在设计荷载及实际加载作用下的响应进行计算，确定静力荷载试验计算值以及结构自振特性计算值。

3桥梁静力荷载试验

3.1荷载试验效率

根据《城市桥梁检测与评定技术规范》(CJJ/T233－2015)［4］，各工况必须满足的要求荷载试验效率要求。

3.2测点布置

本次试验的挠度测试截面，包括主跨跨中截面，1/4L截面及支座截面，通过测试得到试验跨在进行支座修正后的跨中截面挠度及L/4截面挠度。每个截面的内弧和外弧分别设置一个测点。

3.3试验过程

试验前，对桥梁进行预加载。正式加载按五级进行分级加载，先进行工况一级加载，待加载稳定后，测读控制截面主要测点应变和挠度，并观察重点部位工作现状;满足试验控制标准后，继续下级加载，直至满载，稳定后检测应变及挠度的发展情况;读数完毕后，卸载，待桥梁恢复变形稳定后，进行读数，检测应变及挠度的恢复情况。

3.4静力荷载试验

结果变形检测结果。检测结果表明，所测桁架的变形校验系数在0.72～0.85之间，最大相对残余变形为3.87%。各级荷载作用下挠度曲线详见图8，荷载－变形曲线基本呈现线性关系。

4桥梁动力荷载试验

4.1桥梁自振特性试验

采用环境随机振动法测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动等随机荷载激振而引起的桥梁结构微幅振动响应，以分析桥跨结构的自振特性。

4.2桥梁人致振动荷载试验

由于该桥竖向基频不满足规范要求，因此对在桥梁中跨跨中安装了TMD阻尼器，通过阻尼器减小桥跨的振幅，使得减小桥梁竖向振幅，提高人行舒适度，本文通过安装阻尼器前后的人致振动荷载试验，对阻尼器的减振效果进行了评估。据不同的人数及步频分6个工况进行试验，各工况下桥梁结构的跨中测点加速度峰值5，工况一作用下三个测点的平均谱、跨中测点竖向加速度时程、跨中测点横向加速度时程。

5结论

(1)通过工程背景钢桁架人行天桥静力荷载试验表明，桥梁上部结构性能满足设计荷载(人群5.0kN/m2)作用下的安全使用要求。(2)通过工程背景钢桁架人行天桥自振特性试验表明，桥梁结构实测与理论自振频率的偏差均在10%之内;竖向一阶自振频率实测值为2.25Hz，不满足规范［4］中人行天桥“结构竖向最低自振频率不应小于3Hz”的要求。(3)安装TMD阻尼器后，结构竖向振幅变化不大，需要根据人行桥的结构特性对TMD阻尼器进行进一步的参数优化分析，确定最适用于本工程的阻尼器参数，使得TMD阻尼器的减振效果最大化。

参考文献

［1］北京钢铁设计研究总院．GB50017－2003钢结构设计规范［S］．北京:中华人民共和国建设部，2003．

［2］潘从建，张高明，陈才华．大跨度桁架结构人行天桥力学性能分析［J］．钢结构，2014，29(8):36－39．

［3］申杨凡，续琦峰，杨斌，等．钢箱梁与钢桁架人行天桥力学性能对比分析［J］．山西建筑，2015，41(12):172－174．

［4］北京市市政工程研究院．CJJ69－95城市人行天桥与人行地道技术规范［S］．北京:中华人民共和国建设部，1996．

［5］法永生，李东．某钢结构人行天桥动力特性测试与有限元分析［J］．建筑结构，2007，37(3):63－65．

［6］孙正华．大跨钢桥梁考虑局部细节特性的结构多尺度模拟及其应用［D］．博士学位论文，南京:东南大学．

［7］田平虎，李闻涛．某斜拉式桁架桥节点局部应力仿真分析［J］．交通标准化，2009，(4):38－42．

［8］刘尚伦，陈雷．人行天桥钢桁架与节点有限元分析［J］．建筑结构，2011，41(S1):847－852.

作者：刘祥民 单位：福建省建筑科学研究院