钢结构简支梁桥自振与舒适性试验分析研究

钢结构简支梁桥自振与舒适性试验分析研究

周毅

重庆中研检验检测认证有限公司

摘要：结构的动力特性为桥梁结构的基本受力性能，是进行结构动力分析所必需的参数。钢结构简支梁桥动力荷载试验主要是通过测试桥跨结构的动力特性指标（环境激励下的自振频率），研究桥梁结构在自有频率下的动力反馈作用性能，以检验所检测指标能否满足设计或规范规定，判断桥梁结构的整体刚度以及行人舒适性能。

关键词：钢结构；梁桥；振动；试验分析

钢结构简支梁桥自振频率是反映桥梁刚度、整体受力性能以及行人舒适性的重要指标，本文动力试验研究为环境振动试验，测试钢箱梁简支梁桥在自然环境激励下的竖向自振基频。竖向自振基频是衡量人行天桥刚度性能的重要指标，桥梁刚度越大，其竖向自振基频越大，桥梁整体受力性能越好，桥上行人越不容易感到晃动，同时，自振频率还能反映出桥梁结构的损伤状况以及结构的整体受力状况，也为测试桥梁的行人舒适程度提供重要参考。

根据试验依据及试验内容，按照试验要求及分析研究所需，本文采用相关试验仪器设备，选择15座钢结构简支梁桥进行环境振动试验。

1 试验分析桥跨

本次试验选取15座钢结构简支梁桥，所选跨度为城市人行天桥主要代表性跨度，跨度集中为15.00m至47.75m，15座桥梁主要参数见表1。

2 主要方法

依据《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233-2015）中7.2.2条要求，本文所选仪器进行时域和频域的采集后的后续分析时，对于仪器采样频率的选择，应该为所要测试测信号最高频率分辨率的分量所对应的频率值的5倍至10倍之间。依据人行天桥结构动力特点，本文采用高灵敏941型拾振器以及DH5920动态信号采集及分析系统，所选分析参数如下：

（1）采样频率：100Hz；（2）测量类型：电压测量；（3）测量量：加速度；（4）量程：16.18123m/ s2。

根据结构的振动特点，对15座简支梁桥进行动力试验，根据简支梁桥特点，测点布置均在梁桥跨中截面位置。

3 试验结果

钢结构简支梁桥的自振频率是反映桥梁刚度、整体受力性能以及行人舒适性的重要指标，依据测试结果，本文对所选15座人行天桥进行了实测统计分析，实测结果如下表所示：

表1 人行天桥环境振动试验测试结果

由上可知，15座人行天桥中，共有5座人行天桥结构竖向最低自振频率小于3Hz，剩余10座人行天桥实测竖向最低自振频率符合要求，其竖向最低自振频率均大于3Hz，自振基频随跨径分布如下图所示。

图1 不同跨径对应自振基频分布图

由图1可知，随着人行天桥跨径增加，桥梁自振基频整体呈线形递减的趋势，其中以跨径40m为桥梁自振基频在3Hz上下的分界点。

通过对桥梁高跨比进行整理分析，在考虑桥梁高跨比的情况下，自振基频整体分布如下图所示。

图2 不同高跨比对应自振基频分布图

由图2可知，随着人行天桥高跨比的增加，桥梁自振基频整体呈现出线形递增的趋势。

4 分析结论

根据《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233-2015）中7.4.3条规定：“梁式、刚构、刚架和拱结构人行天桥的行人舒适度性评定，应满足下列规定：结构竖向最低自振频率不应小于3Hz”。

15座人行天桥中，共有5座人行天桥结构竖向最低自振频率小于3Hz，其跨径均大于40m，其中最大跨径为47.75m，最小跨径为40.86m；剩余10座人行天桥实测竖向最低自振频率符合要求，其竖向最低自振频率均大于3Hz。其中最大跨径为36.45m，最小跨径为15.00m。

由以上分析可以得出，桥梁自振基频随着桥梁跨径的增加而逐渐呈线形递减，随着桥梁高跨比的增加而逐渐呈线形递增。在考虑行人舒适度性评定的情况下，钢箱梁简支梁桥设计跨径大于40m时，应采取措施以增强桥梁整体刚度，可将其设计为多跨桥梁以减少单跨跨径，使其单跨跨径不超过40m，或增加桥梁高跨比，以增加行人舒适性能，并满足规范要求。

参考文献

[1] 孙利民, 闫兴非. 人行桥人行激励振动及设计方法[J]. 同济大学学报, 2004, 32(8): 996-999.

[2] 赵耀. 厦门BRT曲线钢箱梁结构行为计算分析[D]. 西南交通大学, 2010.

[3] 赵伟, 张征文. 钢结构桥梁[M]. 人民交通出版社, 2015.

[4] 杨毅. 大跨度异形钢箱梁人行桥的舒适性评价与振动控制[D]: [硕士学位论文].杭州: 浙江大学, 2017.

[5] 秦岭. 钢箱梁人行天桥舒适度指标的研究[D]: [硕士学位论文]. 长沙: 中南大学, 2013.

[6] CJJ/T 233-2015, 城市桥梁检测与评定技术规范 [S].

[7] JTG/T J21 01-2015, 公路桥梁荷载试验规程[S].