基于不同参数的人行激励振动下结构加速度响应分析对比

基于不同参数的人行激励振动下结构加速度响应分析对比

行人步行落脚频率约在1~2.8Hz之间，自振频率相近的桥梁结构会受到人行荷载的激励，出现较大的加速度峰值，现对自振频率为1~8.4Hz的桥梁结构在人行荷载下的加速度响应进行分析。

1）已知条件

本分析报告基于软件sap2000，桥梁结构采用简支梁进行模拟，释放支座在平面内的转动，固定其余自由度。简支梁跨度为20m，控制结构总质量为30000kg，改变梁刚度修正系数使其自振频率在1~8.4Hz之间变化。

现采用两种动力系数对不同自振周期的桥梁结构的加速度响应进行分析，得出其加速度响应曲线，其中动力系数取值表如下。

动力系数取值表

说明：f为频率。

2）分析结果

不同自振频率下桥梁结构在人行荷载下的最大加速度响应对比如下图所示：

由上图可知，两种方法所得最大加速度响应在1~2.8Hz范围内相差较大，方法A约为方法B的2.5倍；在大于2.8~5.6Hz范围内，计算结果较吻合；在5.6~8.4Hz范围内，方法A约为方法B的1.5倍。

3）结论

两种动力参数均表明结构频率小于3Hz时，易发生共振现象；

对于方法A，结构频率超过3Hz时，加速度峰值响应可以下降到1/6；

对于方法B，结构频率超过3Hz时，加速度峰值响应可以下降到1/3；

结构频率处于1.5~3Hz时，方法A的结果更为不利；

当结构频率小于1.5Hz时，方法B的结果更为不利；

结构频率超过3.0Hz时，两种方法的结果相近；

4）结果的合理性讨论

观察2.8Hz时候的结构峰值响应，方法A约为0.7m/s2，远大于可接受范围，方法B 的结果也超过限值。

本案例为结构跨度为20m室外钢结构天桥，考虑宽度为3m，结构质量500kg/m2，总质量达到30000kg。结构频率达到2.8Hz时，经其自重下的挠度为35mm，考虑额外2kN/m2的活荷载，则恒载+活载下结构的挠度约为50mm，结构挠跨比为1/400，基本满足建筑设计的挠跨比要求，在实际工程中是有可能存在。对于此桥，经分析其可能的人行激励下加速度响应达到了0.7m/s2，基本属于不可使用的结构。然而实际的行人感受却并不一定有如此之强烈，可能的原因是由于一般在钢桥上铺装的混凝土楼板对结构整体刚度由较大贡献。在常规的设计时，一般并不会进行舒适度分析，仅对结构进行强度与刚度的验算。而进行强度与刚度均不考虑混凝土的影响，若考虑此刚度贡献后，其实测频率应该能够超过3Hz，其峰值响应可能会下降到可接受范围。

对于我们院部大楼的吊桥，由于混凝土的连接部位与常规设计不同，宜详细考虑结构可能的振动响应。