某大跨人行桥人致振动舒适性分析及减振设计 郭志良
人行桥人桥侧向共振分析与减振措施
中日结构减振及健康监测研讨会暨第三届中国结构抗振控制年会，上海，2002年12月人行桥人桥侧向共振分析与减振措施闫兴非 孙利民 袁旭斌（同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092）摘要： 本文对工程界，特别是国内工程界目前还重视不多的人行桥侧振问题进行了原理介绍，并通过理论研究和数值模拟，对深港皇岗——落马洲人行桥研究发生人行振动的可能性，建议了相应的减振措施。
本文提供了一个对人行桥该类问题的一般研究思路和方法，并给出了对该类问题采取防护措施的一般思路。
关键词：人桥侧向共振、减振措施、深港皇岗——落马洲人行桥Analyse and Control of Lateral Synchronization Vibration of Walking Man and Pedestrian BridgeYan Xingfei Sun Limin Yuan xubin(SLDRCE Tongji Univ. Shang’hai 200092 China)Abstract: this paper introduce the theory of lateral synchronization vibration of walking man and pedestrian bridge, which is not thought much of by engineer.; research the possibility of lateral synchronization vibration for Huanggang----Luomazhou bridge connecting with Shenzhen and Hongkong and suggest the measure for decreasing vibration corresponsively by theory research and numbering simulation; supply a way and routing of research for this kind of problem of pedestrian bridge, and give a general thought about the methods of preventing and soluving this kind of problem.key words: lateral synchronization vibration of walking man and pedestrian bridge; measure for decreasing vibration; Huanggang----Luomazhou bridge connecting with Shenzhen and Hongkong1 引言一直以来，由于人行荷载主要是竖直方向的动力效应，在考虑和分析人行桥的动力特性时，人们主要关注了桥的竖向振动，而往往忽略了侧向振动发生的可能性。
某大跨人行天桥的消能减振设计_二_
某大跨人行天桥的消能减振设计(二)丁幼亮李爱群叶正强杜东升(东南大学土木工程学院南京210096)(C ollege of Civil Engineering,Southeast University,Nanjing210096)车向东牟小倩(北京市市政专业设计院北京100037)(Beijing Municipal Engineering Profession Design Institute,Beijing100037)摘要采用减振装置对某大跨人行天桥进行了消能减振设计。
计算表明,安装减振装置后,有效地削减了该人行天桥的共振响应,在共振工况下减振率为70%,减振效果良好。
消能减振技术为城市人行天桥的减振控制与设计提供了新的技术途径。
关键词人行天桥消能减振TMD粘滞阻尼器共振ABSTRAC T Vibration energy dissipation design is per formed for a pedestrian bridge with energy dissip ation systems.The com putation results proved that installation o f s ystems e ffectively reduces the reso-nance res ponse o f the bridge with70%reduction under the circumstance o f resonance.The vib ration energy dissipation technology is a new approach to the vibration control and design o f city pedestrian b ridges.KEY WORDS Pedestrian b ridge Vib ration energy dissipation TMD Fluid viscous damper Resonance引言北京某人行天桥的主体结构为1跨简支的3室封闭钢箱梁。
人行桥人致振动分析与减振设计
人行桥人致振动分析与减振设计谢宇晨;吴炎奎;杨智【摘要】The paper takes a steel truss footbridge with 100 meters' span as the example to introduce the process of the analysis of pedestrian-induced vibration. Through the finite element software of Midas Civil, the pedestrian-induced incentive on the footbridge caused by the stochastic walk situation and synchronous adjustment effect of the people is simulated. According to the analysis, the installation of TMD system is put forward to control the vibration, it receives a good effect.%本文以100米跨径的钢桁架人行桥为例，介绍了人行桥人致振动分析的一般过程。
通过Midas Civil有限元软件，模拟了人群在随机步行状态下以及考虑人群同步调效应情况下对人行桥的人致激励作用。
根据分析结果，提出安装TMD系统对该桥进行振动控制，并得到了很好的减振效果。
【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P110-112)【关键词】人行桥;人致振动;人行荷载;TMD减振【作者】谢宇晨;吴炎奎;杨智【作者单位】内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，包头014010;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，包头014010;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，包头014010【正文语种】中文【中图分类】U4人行桥多建于城市道路之上或者公园的景区之内，它们不仅需要满足通行要求，目前更多地还要满足景观性要求。
大跨度桥梁结构机械减振技术分析
根据图 2 可知，AMD 装置的控制理论较为复杂，工 作原理的技术依靠性较高，需要整体控制系统中的各子系 统之间进行紧密的协同配合，滤波器的设计也是至关重要 的，因为实际工程结构的振动信号较为复杂，工作环境中 的干扰因素也很多，计算机中设置的控制算法直接影响控 制效果，控制算法需要具备良好的稳定性，总而言之，既 要保证工程结构振动响应数据采集的准确性，又要保证控 制系统工作的稳定性。虽然这种控制装置要求较高，但是 相比 TMD 装置，该装置可以较好地控制工程结构风致振 动下的涡激振动，因为涡激振动过程中的涡脱频率无法预 知，所以需要对这种振动形式进行实时数据采集，通过实 时数据进行实时调整，保证振动控制装置的频率与涡脱频 率的近似性，从而实现工程结构的振动控制，保障了该装 置的实用性。
（b）磁场作用 图1 磁流变液的运动特性
根据图 1 可知，磁流变阻尼器的工作原理较为清晰明 朗，在智能材料和智能装置上实现了对工程结构的半主动 控制，即对结构输入较少的能量，就可以为结构提供振动 控制的作用，这是一种技术上的创新，是土木工程学科与 其它学科的交叉产品，具备良好的应用前景，推动了工程 结构振动控制技术的发展。
当流体绕过结构物时会产生旋涡脱落的现象，旋涡脱落的 频率会对结构的振动产生影响，振动的结构也会对旋涡的 脱落产生影响，两者相互制约，从而产生限幅的振动形式； 抖振是工程结构物在絮流场的作用下所产生的一种随机振 动，以大气中脉动风作用下产生的振动为主。
二、机械减振措施—被动控制 调谐质量阻尼器（TMD）是一种由质量块、弹簧元 件及阻尼元件共同组合而成的减振装置，安装在振动系统 的主结构中。当振动系统产生振动的时候，TMD 子结构 跟随主结构进行周期运动，通过对 TMD 的频率进行调谐 而让 TMD 子结构对主结构的振动产生反向作用力，从而 实现对结构振动的控制。质量块和振动主结构所产生的相 对运动大小决定了 TMD 的减振效果，TMD 在整个工作 过程中无外部能源的输入，因此 TMD 属于常见的被动减 振装置。 常规 TMD 的组成较为简单，上中下三个连接钢板与 弹簧位移导向杆连成一个整体性的结构框架，该结构框架 可以保证整体结构的稳定性，并为结构的工作状态提供位 移方向的导向作用。弹簧安装在弹簧位移导向装置上，中 间那块连接钢板与底板通过粘滞阻尼器相连接，其中粘滞 阻尼器的类型各不一样，最早应用的是油阻尼器，随着科 技的不断发展，后面发现油阻尼器的漏油现象较为严重， 导致装置的使用寿命大幅度下降。可调整的质量块是对 TMD 装置的适用性的关键技术，由于不同的结构体系及 工程结构对应了不同的结构基频，不同的振动频率导致所 需要的反向振动也是各不相同的，众所周知，频率与结构 的刚度和质量有关，TMD 装置中可通过调整质量块来对 不同类型结构的振动进行控制，大大加强了工程结构装置 的灵活性。各种力学模型都是包括结构的惯性力及恢复力， 其中水平移动式调谐器的恢复力就是弹簧的抗力和阻尼器 的阻尼力共同作用，在系统产生振动时为结构提供振动控 制力。
大跨径人行桥人致振动舒适性评估及减振措施
QI A N J i , SU N L i-mi n (Depart ment of Bridge Engi neeri ng , T ongji Universi ty , Shang hai 200092 , China)
人行桥人致振动与结构的频率相关 , 只有靠近 人行荷载步频的结构模态才可能会被激起共振 , 所 以 , 需要分析桥梁结构的动力特性 .图 1 所示为对该 桥建立的全桥有限元模型 .考虑结构二期恒载的影 响 , 得到人行桥的模态如表 1 和图 2 ～ 4 所示 .
图 1 全桥有限元模型 Fig .1 F EM o f the bridge
振动稳定问题 .鉴于此 , 本文以国内某大跨径人行桥 为例 , 介绍了人行桥的舒适性评估过程 , 并进行了基 于调频质量阻尼器(T M D)的减振预案设计 .
1 人行桥人致振动的计算理论
1 .1 人行荷载的力学模型 单人在桥上行走时 , 基于步行力的周期性 , 竖向
力和侧向力可用傅里叶级数的形式分别表示为[ 1] :
将引起桥面明显的可感振动 , 人与桥之间开始发生
强烈的相互作用 .由于行人对侧向振动较为敏感 , 当
振动影响其步行舒适性和平衡时 , 会下意识地随着
晃动并调整步伐 , 通常的方式是加大步伐的横向晃
动幅度和调整步伐而与振动同步调 .不同的行人将
以同样的方式调整步伐 , 即形成同步调行走 , 并产生
更大的步行激励 .由于该激励与振动同步 , 从而导致
收稿日期 :2010-10-09 作者简介 :钱 骥(1983-), 男 , 湖北省黄冈市人 , 博士生, 主要从事桥梁健康监测与振动控制研究 .E-m ail :qianji1983 @ .cn .
某大跨人行桥人致振动舒适性分析及减振设计
某大跨人行桥人致振动舒适性分析及减振设计摘要：当人行桥自振频率位于人群荷载激振频率范围内时，结构将产生共振反应，影响行人正常行走的舒适度。
本文结合一大跨径的人行桥结构，采用Midas civil对该桥进行了人致振动舒适性评估，并对采用的减振措施进行了数值模拟分析，分析结果表明桥梁采用TMD能够在人行桥发生共振时消耗大部分的结构振动能量，因此通过增加结构阻尼的方法控制人行桥振动是最经济和最有效的方法之一。
关键词：人行桥；人致振动；舒适度；减振控制由于城市景观或景区景观的需要，大跨度的人行桥越来越多地应用于城市或景区人行桥梁建设中。
一般人行桥的桥宽较小，人行桥跨径越大，结构越轻柔，振动基频必然越来越小，当桥梁的振动基频与桥上行人的行走频率相接近时，则桥梁容易发生过度振动的情况，如著名的英国伦敦千禧桥[1]。
出于景观及经济方面考虑，人行桥构件截面高度不宜过大，所以一般大跨径人行桥振动基频已很难满足现行规范要求。
人行桥的人致振动是影响桥梁的使用性能的主要因素，如采用规范规定的振动频率评判标准，将能避免由于人行荷载所引发的不利振动情况，而对于结构基频已经不能满足规范要求的情况，如果人行荷载所引发的桥梁振动可以满足人行舒适性要求的话，也可以认为桥梁动力特性满足要求。
根据国外的人行桥规范BS5400（BD/01）和EN 1990，当人行桥竖向基频小于3Hz，侧向基频小于1.5Hz时应进行人致振动分析和评估；当竖向基频介于3~5Hz，侧向基频介于1.5~2.5Hz时，应酌情进行人致振动舒适性评估。
本文采用Midas civil对某大跨径人行桥进行动力特性分析和人致振动舒适性分析，再根据舒适性评估结果来决定是否对桥梁结构采取减振措施，以保证人行桥在使用过程中的人行舒适性满足要求，为同类型的桥梁工程设计提供了参考，具有一定的参考价值。
1 人致振动舒适性评估1.1 工程概况某人行桥桥宽5米，桥梁采用结构形式为28+50+100+50+28=256米预应力混凝土梁拱组合体系桥。
人行天桥的舒适度分析与tmd减振控制
第 36 卷第 1 期 2020 年 2 月
结构工程师 Structural Engineers
Vol. 36 ，No. 1 Feb. 2020
人行天桥的舒适度分析与 TMD 减振控制
朱利明* 张志成 邢世玲 卞思雨
（南京工业大学交通运输工程学院，南京 210009）
摘 要 为对比分析国内外规范对人行天桥舒适性评价的差异性，以海口市一座普通钢筋混凝土的海 府天桥为例，依据各国规范建立了单人、结伴而行、低密度 0.5 人/m2、高密度 1.5 人/m2等 8 种人行荷载工 况，进行舒适度评价，并对不满足舒适度要求的工况，采用 TMD 减振。结果表明：ISO 和 EN03 规范对人 行桥舒适度评价较为严格，TMD 减振效果显著，合理选择 TMD 装置数量对减振效果有益。 关键词 规范对比，人行天桥，舒适度评价，TMD 减振
0引言
随着城镇化进程的加快，城市人口和车辆快 速增加，为缓解城市交通压力，人行天桥已被广泛 修建于各大城市中，然而伴随人行天桥跨度的增 大，桥梁振动问题也日益突出。为避免天桥在人 行荷载下产生过量振动，从而保证在行人荷载作 用下人行天桥的舒适度要求，现行各国规范主要 是通过避开敏感频率法和限制动力响应值法来进 行人行桥舒适度评价。
人行桥人致振动特性分析与控制
人行桥人致振动特性分析与控制张兴波;邱文亮;郭子华【摘要】针对目前众多人行桥存在的人致振动问题,通过对人行激励作用机理的研究,利用高密度流动人群荷载模型,结合山西太古县某大跨人行桥工程设计实例,建立有限元分析模型进行瞬态时程响应分析,并对其人致振动时程响应结果进行舒适度评价,结果表明该大跨度人行桥中存在严重的人致振动问题,并证明设置TMD减振系统是控制人行桥振动响应的有效措施.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2010(018)004【总页数】4页(P44-47)【关键词】人行桥;人致振动;舒适度;TMD【作者】张兴波;邱文亮;郭子华【作者单位】大连理工大学,建设工程学部,辽宁,大连,116024;大连理工大学,建设工程学部,辽宁,大连,116024;大连理工大学,建设工程学部,辽宁,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】U448.113近年来,城市化进程不断加快,城市人口迅速膨胀,城市交通成为制约一个城市发展的重要因素,为了保证城市主干道的道路畅通和行人的安全,通常在主干道上设置人行桥供行人通过。
但是作为行人通道的人行桥跨度大、结构复杂,大多存在人致振动问题。
人行桥的自振频率与行人行走频率十分接近,极容易引起桥的共振,这不仅影响结构的安全和使用寿命,而且有可能超过人体的舒适度极限,从而影响人正常行走甚至引起行人恐慌[1]。
因此,对人行桥进行人致振动分析,根据其动力时程响应进行振动控制具有重大意义。
1 工程概况山西太古县某大跨人行桥为无背索拱塔双索面斜拉桥,桥梁全长 77.7m,桥面宽12.05～14 m,1#主梁为双向变截面钢箱结构,梁高为1.082～2.000m,宽0.700～2.335m,跨度为67.5m;2#主梁为变截面钢筋混凝土梁,下面与基础混凝土连接;全桥共有47道横梁,梁高0.623～2.400m,宽12.78～17.05m,呈鱼骨式布置在主梁两侧。
桥面板中心线在半径为 534m的竖曲线上,主桥布置如图 1所示,单位 mm。
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某大跨人行桥人致振动舒适性分析及减振设计郭志良
发表时间：2019-12-12T09:40:53.293Z 来源：《基层建设》2019年第25期作者：郭志良1 王继勋2 任荣明1
[导读] 摘要：当人行桥自振频率位于人群荷载激振频率范围内时，结构将产生共振反应，影响行人正常行走的舒适度。
1.华蓝设计（集团）有限公司广西南宁 530011；
2.南宁市城市建设投资发展有限责任公司广西南宁 530000
摘要：当人行桥自振频率位于人群荷载激振频率范围内时，结构将产生共振反应，影响行人正常行走的舒适度。
本文结合一大跨径的人行桥结构，采用Midas civil对该桥进行了人致振动舒适性评估，并对采用的减振措施进行了数值模拟分析，分析结果表明桥梁采用TMD 能够在人行桥发生共振时消耗大部分的结构振动能量，因此通过增加结构阻尼的方法控制人行桥振动是最经济和最有效的方法之一。
关键词：人行桥；人致振动；舒适度；减振控制
由于城市景观或景区景观的需要，大跨度的人行桥越来越多地应用于城市或景区人行桥梁建设中。
一般人行桥的桥宽较小，人行桥跨径越大，结构越轻柔，振动基频必然越来越小，当桥梁的振动基频与桥上行人的行走频率相接近时，则桥梁容易发生过度振动的情况，如著名的英国伦敦千禧桥[1]。
出于景观及经济方面考虑，人行桥构件截面高度不宜过大，所以一般大跨径人行桥振动基频已很难满足现行规范要求。
人行桥的人致振动是影响桥梁的使用性能的主要因素，如采用规范规定的振动频率评判标准，将能避免由于人行荷载所引发的不利振动情况，而对于结构基频已经不能满足规范要求的情况，如果人行荷载所引发的桥梁振动可以满足人行舒适性要求的话，也可以认为桥梁动力特性满足要求。
根据国外的人行桥规范BS5400（BD/01）和EN 1990，当人行桥竖向基频小于3Hz，侧向基频小于1.5Hz时应进行人致振动分析和评估；当竖向基频介于3~5Hz，侧向基频介于1.5~2.5Hz时，应酌情进行人致振动舒适性评估。
本文采用Midas civil对某大跨径人行桥进行动力特性分析和人致振动舒适性分析，再根据舒适性评估结果来决定是否对桥梁结构采取减振措施，以保证人行桥在使用过程中的人行舒适性满足要求，为同类型的桥梁工程设计提供了参考，具有一定的参考价值。
1 人致振动舒适性评估
1.1 工程概况
某人行桥桥宽5米，桥梁采用结构形式为28+50+100+50+28=256米预应力混凝土梁拱组合体系桥。
主梁断面外轮廓为矩形，采用单箱双室截面，拱腿断面外轮廓为矩形，采用单箱单室截面，截面高为2.2m、宽为3m，主桥跨径布置如图1所示：
分析得到本桥的振动基频为0.782Hz，对应振型为主梁的一阶侧弯。
我国目前在人行桥设计中采用的规范是《城市人行天桥与人行地道设计规范》（CJJ69-1995）[2]，该规范仅对人行桥竖向基频做了规定，即天桥上部结构的竖向自振频率不应小于3Hz，但未对人行桥侧向频率做规定。
根据国外最新修订的人行桥规范BS5400（BD/01）和EN 1990，从自振特性分析结果来看，本桥竖向振动振型第七阶及第十阶振型参与质量较小（分别为0.65%和1.42%），不起主导作用，因此竖向振动振型以第十一阶振型（参与质量34.6%）频率为竖向振型基频，对应频率为3.004Hz，未落入人行竖向荷载激励频率的范围（1.6~2.4Hz和3.5~4.5Hz），因此本文不再进行竖向人致振动舒适性评估。
本桥侧向振动基频落在侧向人行荷载步频范围（0.5~1.2Hz），因此有必要做人行侧向力的激励分析。
而且该人行桥的竖向振动和侧向振动在第十三阶振型开始存在不同程度的耦合，则竖向荷载也会引起的侧向振动。
1.3 人行舒适性评价指标
在研究人体振动舒适性的过程中，人们一直致力于建立某个振动指标与舒适性主观判断之间的关系，使振动舒适性能够得以量化。
在此过程中，位移、速度、加速度、加速度的时间导数等都曾被用作振动舒适性指标。
因为加速度容易测量，所以是目前最常用的舒适性指标。
法国公路和高速公路研究所规范SETRA建议的竖向振动及侧向振动加速度界限如表2所示。
室外人行桥的响应加速度一般采用如下的舒适性指标：竖向加速度一般可按最好的舒适性控制，即0.5m/s2；侧向为避免类似伦敦千禧桥的摇晃效应，侧向加速度一般需要按0.1m/s2控制。
当人群密度人群密度可取1.5人/m2时,桥上等效人数Np= =77人。
上述分析中由于行人振型质量均小于主桥振型质量，因此不需考虑行人质量对主桥固有频率的影响。
3 振动舒适性评价
由表4及表5可见，本桥在两种工况人群谐波荷载作用下所产生的最大共振加速度均超过了表2中规范规定的振动加速度限值。
当人群密度为0.444人/m2时，侧向振动加速度最大值可能会达到0.12ｍ/s2；当人群密度为1.5人/m2时，侧向振动加速度最大值可能会达到0.429ｍ/s2。
在一些特殊场合，如在重大节假日时可能会遭遇人流高峰，导致桥面人群密度超过预期。
尤其是在桥梁附近燃放烟火时，桥梁作为观赏烟火的理想场所，在短时间内会有众多游客聚集在桥面上，最大人群密度可能会达到3人/m2。
则相应的共振荷载作用下的共振加速度值也会明显增大。
因此，本桥在正常使用人行荷载作用以及最不利人行荷载作用下，可能会发生桥面振动过大，行人通行舒适性不佳的情况，所以有必要采取相应的减振措施。
4 桥梁减振设计 4.1人行桥减振方法
从结构自身考虑，对人行桥进行减振主要有两种方法，一种是频率调整法，另一种是阻尼减振法。
频率调整法是指通过调整结构刚度或质量来回避敏感范围内的频率，减小桥梁在人行荷载作用下发生共振的可能性，来达到振动舒适性的要求；阻尼减振法是指通过增加结构阻尼来减小桥梁在人行共振荷载作用下的振动。
附加阻尼是抑制振动行之有效的措施，已用于一些人行桥的动力减振设计和加固。
本文采用调频质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）系统进行桥梁减振控制，它属于结构被动减振控制体系的一类，由主结构和附加在主结构上的TMD组成。
4.2 TMD减振设计。