市政・交通・水利工程设计ｌ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ‘Ｔｒａｆｉｆｃ・ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ・Ｅｎ￣ｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓ ｌ 钢箱梁人行天桥自振频率的影响因素研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅＦａｃｔｏｒｓｏｆＳｔｅｅｌＢｏｘＧｉｒｄｅｒＦｏｏｔｂｒｉｄｇｅＮａｔｕｒａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ 邓德伦 （广州市市政工程设计研究院，广州５１００００） ＤＥＮＧＤｅ．１ｕｎ （ＧｕａｎｇｚｈｏｕＭｕｎｉｃｉｐａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００００，Ｃｈｉｎａ） 【摘 要】用有限元建立模型，分析影响钢箱梁人行天桥自震频率的因素，总结出提高钢箱梁人行天桥自震频率的有效方法。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ，ａｎａｌｙｓｅｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｐｅｄｅｓｔｒｉｎ ａｂｒｉｄｇｅ ｓｔｅｅｌ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｍｍｅｄｕｐｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒｆｏｏｔｂｒｉｄｇｅａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓ． 【关键词】钢箱梁；人行天桥；自震频率 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒ；ｐｅｄｅｓｔｒｉｎｂｒａｉｄｇｅ；ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ 【中图分类号】ｕ４４８．１１；ｕ４４１ －３ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１００７ ９４６７（２０１４）０３．００８７．０２ ［ＤＯＩ］０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１４．０３．０２１ 随着城市化建设的高速发展，人口不断向城市集中，交通 拥堵越来越严重，人行天桥作为重要的城市人行过街通道，得 工程概况：跨径布置为２ｘ３５ｍ连续钢箱梁，桥面宽５ｍ， １粱高、板厚、箱宽及质量对天桥频率的影响 到了快速的发展。钢箱梁结构轻盈美观，施工架设方便，工期 二期叵载重２０ｋＮ（包括栏花槽、栏杆及桥面铺装），中墩处采 短，施工过程对现状交通影响小，非常适合用于交通繁忙的城 用固定支座，两侧边墩处采用活动支座。为方便分析比较，简 市人行天桥。但是一般钢箱梁结构天桥由于主梁刚度较小，当 跨度较大时，其自震频率偏低，常常难以满足设计要求。 人行天桥上部结构竖向自振频率不应小于３ Ｈｚ［ｎ，因为 普通人的正常行走频率（即每秒跨步数）一般约为２Ｈｚ，变化 单取天桥横断面型式如图１所示。 范围介于１．６Ｈｚ（慢走）和２．４Ｈｚ（快走）之间闭，人行天桥自震 频率若与人行频率相同或相近，容易引起共震。通过研究简支 Ｌ ｝．．．．．．．．．．．．．．．．．！ ．．．． ．． 一Ｉ 梁桥的频率计算公式 ＝ ＝、／ 和连续梁桥的频率计算 公式 ＝、可以看出，影响简支梁和普通连续 ／ ｐ】￣ｍ ｅ 图１钢箱梁横断面图 图１中各参数值如表１所示，分别改变梁高、板厚、箱宽、 二期恒载等因素，计算出相应工况下天桥频率的大小，研究天 梁频率的主要因素有跨径、惯性矩和质量，其中惯陛矩主要受 梁高、板厚、箱宽等影响，而质量包括自重及二期恒载。此外， 在实际工程中，墩梁固结与否也会影响天桥自震频率。本文 利用ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ软件建立各种工况的有限元模型，分析各 种因素对天桥频率的影响大小，总结出如何提高钢箱梁人行 天桥自震频率的有效方法。 桥频率对这些因素变化的反应灵敏度（见图２）。 表１天桥频率随梁高、板厚、箱宽、二期－匿载等因素变化表 通过表１及图２可以看出： 【作者简介】邓德伦（１９７９ ），男，四¨Ｉ叙永人，工程师，从事路桥设 计与研究，（电子信箱）４６７０９９０６＠ｑｑ．ｃｏｍ。 １）若不计入二期恒载２０ｋＮ／ｍ，天桥频率明显提高了 １．７４，说明二期恒载即质量大小对天桥频率影响较大，会降低 ８７ Ｉ工程建设与设计 Ｉｃ０珊々御血ｎ＆ Ｊ Ｉ ｒ丹 ｅｃＩ 天桥自震频率。因此设计天桥桥面及其附属设施时，应当尽量 采用二期恒载较轻的方案，减小天桥的恒载总重量，当频率无 法满足设计要求时可考虑去除花槽等自重较大的附属设施。 ５．５Ｏ ５＋ＯＯ ４．５０ ２．５０ ， 图２天桥频率随各因素变化灵敏度曲线图 ２）梁高增加１０％，天桥频率提高了０３ １，说明天侨频率对梁 高变化反应灵敏，增９磲高是提高天桥自震频率的有效手段。 ３）箱梁箱宽和板厚分别增加２５％时，天桥频率仅分别增 加０．１３和０．２，说明天桥频率对这两项变化反应不够灵敏，可 以将这两项作为提高频率的辅助手段。但是，从经济、美观的 角度看，增加板厚会导致天桥造价偏高，而箱宽太宽会对美观 造成一定影响，因此在实际工程中应该综合考虑各方面因素， 取用较合适的箱宽和板厚。 ２墩梁固结时桥墩截面变化对天桥频率影响 还是以前面的工程为例，将中墩与主梁固结，并保持天桥 横断面尺寸（取Ｂ＝５００ｃｍ，ｂ＝２５０ｃｍ，Ｈ＝１２０ｃｍ，板厚为１６ｍｍ） 不变 政变桥墩尺寸，研究桥墩刚度 侨频率的影响。 表２天桥频率随桥墩截面变化表 ２００×１２０ ２．９７６６３ ０．０７ ２００×１５０ ３．３４３５０ ０．３７ ３．７ ３．５ ３－３ 》 ／ 褂 ３．１ ２．９ ２．７ ２．５ ２００ｘ１２０ｃｍ Ｚ００ｘ１５０ｃｍ ２５０ｘ１５Ｏｃｍ 固定支座／ｃｍ 图３天桥频率随桥墩截面变化灵敏度曲线图 通过表２和图３可以看出： １）中墩采用墩梁固结后天桥频率得到提高，且随着桥墩截 面的增大而增加。 ２）桥墩顺桥向厚度增加３０ｃｍ，频率提高０．３７；横桥向宽 ８８ 度增加５０ｃｍ，频率提高０．１３，说明天桥频率对桥墩顺桥向宽 度变化更敏感。这是由于桥墩顺桥向刚度受顺桥向宽度影响 较大，而天桥自震频率主要受桥坳顺桥向刚度影响。 ３相同高跨比条件下天桥频率随跨径变化的 反应特性分析 跨径和梁高是影响人行天桥频率的主要因素，为方便研 究钢箱梁频率随跨径变化的特征，本次研究采用固定的高跨 比，使梁梁高随跨径相应变化，其余因素保持不变。 工程概况：单跨简支梁，横断面尺寸取值：Ｂ＝５００ｃｍ， ｂ＝２５０ｃｍ，板厚为１６ｍｍ，高跨比为１／２５，梁高ｈ随跨径变化而 变化。以上参数意义如图１所示，计算结果如表３所示。 表３相同高跨比时不同跨径钢箱梁天桥频率表 ４ ３ ５ 褂３ ＼ ＼ ２・５ —＼２ ￡ ２５ｍ ３０ｍ ３５ｍ ４０ｍ 跨径／ｍ 图４相同高跨比时频率随跨径变化曲线 从表３和图４可以看出，随着跨径增大，在高跨比相同条 件下，单跨简支结构钢箱梁人行天桥的频率几乎成线性降低。 说明在跨径较大的情况下，选择较大的高跨比比天桥频率提 高是有利的。 综上所述，钢箱梁人行天桥自震频率随跨径增大而线性 降低，当跨径较大时，应采用较大的高跨比设计。对较大跨度 的钢箱梁人行天桥，在受力合理情况下尽量采用墩梁固结构， 且在条件许可下可适当增加固结墩的瑚ｌＩ员桥尺寸。此外，增大 箱梁的箱宽和顶底板厚度也对天桥频率提高有一定作用，但 不特别明显，且需要综合考虑经济及美观等因素。 【参考文献】 【１】ＣＪＪ６９－－１９９５城市人行天桥与人行地道技术规范［ｓ】． 【２】黄瑞．大跨度升降舞台的动力分析及其舒适度评价［Ｄ】．兰外ｌ：－＿ｚ－，ｊ，十『 理工大学，２０１ １． 【３】ＪＴＧ Ｄ６ｏ＿＿２Ｏｏ４公路桥涵设计通用规范［ｓ】． 【收稿日期１２０１３．１１．Ｏ４