浅谈大跨度人行天桥减震研究

浅谈大跨度人行天桥减震研究
摘要：伴随着我国经济的高速发展，交通运输也日趋繁荣，大量的大跨度人行桥梁应运而生。

为了使桥梁结构在各种震动情况下能够正常的运作，同时并延长桥梁的使用寿命，对大跨度人行天桥进行减震理论研究是一项非常必要而有意义的课题。

大跨度人行天桥的安全性也越来越受到重视，其中减震课题越来越来受到专家学者的关注，大跨度人行天桥的减震研究在不久的将来一定能取得更好的成果。

关键词：大跨度人行天桥减震控制研究
一、我国大跨度人行天桥的发展现状
人行天桥，一般建造在车流量大、行人稠密的地段，或者交叉口、广场及铁路上面。

人行天桥只允许行人通过，用于避免车流和人流平面相交时的冲突，保障人们安全的穿越，提高车速，减少交通事故。

按照结构区分，常见的人行天桥可以分为三大类，分别为悬挂式结构、承托式结构和混合式结构。

悬挂式结构的人行天桥以桥栏杆为主要承重部件，供人通过的桥板本身并不承重，悬挂在作为承重梁的桥栏上，这种结构的过街天桥将结构性部件和实用型部件结合在了一起，可以减少建筑材料的使用，相对降低工程造价。

承托式结构的人行天桥将承重的桥梁直接架设在桥墩上，供行人行走的桥铺在桥梁之上，而桥栏杆仅仅起到保护行人的作用，并不承重，这一类的过街天桥造价相对较高，但是由于桥栏杆纤细优美，作为城市景观的功能较好，因而目前各城市中这一类型的过街天桥数量最众。

混合式结构的人行天桥是上述两种结构的杂交体，桥栏和桥梁共同作为承重结构分担桥的荷载。

二、大跨度人行天桥的TMD减震控制理论的应用现状
ＴＭＤ是最古老的结构控制装置之一。

理论分析、实验研究和工程应用都证实TMD是一种有效的减震控制装置。

根据工程振动理论得出,由地铁振动诱发的地基振动优势频率与天桥上部结构低阶自振频率相近,由此引发结构共振效应,基础振动相对运动传递率过高是造成天桥梁体抖振的主要原因。

三、大跨度人行天桥的TMD减震控制理论
结构的减震控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制、混合控制。

其中，被动控制采用隔振、吸震和耗能等技术减少结构吸收的能量，从而达到减震的目的。

它不需要外接能量输入，而且造价低，易于实现，所以在实际工程中得到了广泛的研究和应用。

大跨人行天桥的自振频率通常比较低,与人行走时的频率接近,因此行人通过天桥时容易产生竖向共振,影响天桥的正常使用。

TMD控制的本质是利用共振原理，对主体结构某些振型的动力响应加以控制。

主要是通过调整TMD系统与主体结构的质量比、频率比和TMD系统的阻尼比等参数，是系统能吸收更多的震动能量，从而大大减轻主体结构的震动响应。

TMD系统是一个有弹簧、阻尼器和质量块组成的震动系统。

其控制机理是：挡结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD系统一起震动，TMD系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对结果的震动产生控制作用，从而达到减小结构震动反应的目的。

四、大跨度人行天桥多重ＴＭＤ的控制理论
1、一般在大多数情况下，同时安装多重的TMD比安装一个ＴＭＤ更加有利。

当大跨度人行天桥的结构频谱密集时，这时就需要吸收多个共振频率的振动，这就需要多重调频质量阻尼器。

当大跨度人行天桥结构的频谱稀疏、外部激励频带较宽时，多个调谐到不同频率的ＴＭＤ于单个最优阻尼ＴＭＤ一样都可以减小振动，但是多重TMD需要的阻尼可以小许多。

2、多重TMD同单个TMD相比的情况下，多重ＴＭＤ对频率偏离最优值的敏感性较小。

这也就说明对于有限不稳定外部刺激激励频率，多重ＴＭＤ可以扩展吸震频率范围。

因此多重ＴＭＤ在工程中的应用就不局限于谐波作用下的振动控制。

3、当单个TMD同多重TMD的阻尼比较，他们二者的结构反应率均随阻尼比的增大而增大；但是当阻尼比较小时，多重TMD的反应率比单个TMD小很多。

单个ＴＭＤ在阻尼比为五个百分点左右时，Ｒ最小，阻尼比在降低时，单个ＴＭＤ的减震效果降低得很快，阻尼比小于一点五个百分点时，几乎没有减震作用。

这说明ＴＭＤ需要的阻尼比单个ＴＭＤ小，这一点对简化减震装置有很大的实际意义。

4、随着ＴＭＤ个数的增加，多重ＴＭＤ的减震效果将相应的提高，这就说明多重TMD比单个的更有效。

但是ＴＭＤ个数多到一定值后，效果就不在提高了。

五、大跨度人行天桥的减震理论研究
ＴＭD系统解决了现有的桥梁减震措施中存在的不足和缺点，像橡胶的老化、金属的锈蚀等问题，而同时它具有传统设施不具有的大量优良特性。

1．基于U．L列式的虚功增量方程，导出空间两节和空间梁单元点悬链线索单元的切线刚度阵，提出梁单元杆端力的精细算法，导出索端力的精确表达式，从而建立了一套完整的杆系结构的几何非线性有限元计算理论。

2．在上述建立的依据的基础上，构建一套完整的人行天桥桥梁结构空间非线性震动响应分析的时程分析算法，并在Fortran PowerStation 4.0操作平台的基础上将其程序化。

这种程序可用于大跨度人行天桥桥梁的减震分析，为减震研究提供了理论基础。

3．通过对磁流变阻尼器的现有的各种力学模型的比较和分析，选取了一种能较好反映磁流变阻尼器强非线性特性的力学模型—改进的现象模型(Proposed phenomenological model)，并将这一改进的想象模型应用于打垮的人行天桥的减震研究，同时创建相应的减震分析模块，这样就可以实现人行天桥结构—磁流变阻尼器减震系统的全仿真分析。

4．运用SRALB程序，对人行天桥—钢筋混凝土人行天桥进行了抗震计算，验证程序的性能及稳定性。

通过分析，结果表明：该街人行天桥传统的设计方案具有足够的抗震能力；对于相似的人行天桥的钢筋混凝土桥的震动响应而言，其几何非线性因素影的很小，但是行波输入和竖向地震动分量将产生很大的影响。

在进行减震控制设计时不能忽视。

5．利用上述构造的大跨度桥梁减震的分析模块，对人行天桥进行减震研究，随着阻尼器数量增多或阻尼器输入电流增大，其位移变化响应逐渐减小，但是内力变化的响应却能得到有效的控制；在主塔与主梁之间安装大量的阻尼器，其减震效果最佳。

随着我国经济的不断发展，城市人口的剧增，大跨度人行天桥已越来越多，大跨度人行天桥的安全性也越来越受到重视，其中减震课题越来越来受到专家学者的关注，大跨度人行天桥的减震研究在不久的将来一定能取得更好的成果。

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