大跨度提篮式人行拱桥的振动病害分析与加固

摘要

近年来,人行桥的设计更多地采用轻型高强材料和新奇美观的结构形式,人行桥的设计有向“大跨”和“轻巧”方向发展的趋势。桥梁变得细长、轻质,导致结构自振频率变小,对人行动力荷载比较敏感。许多人行桥的自振频率介于人行步频范围内,因而它们可能在人行动力荷载下产生过大的振动。近年来人行桥的振动使用性问题已引起了广泛关注。为了分析人行桥人致振动问题,本文介绍了人行步伐荷载模型、强迫共振理论和振动舒适度评价方法。因为我国缺乏这方面的研究,所以本文参照对比了其它国家的规范取值,为我国目前人行桥的动力性能设计提供参考。人行桥的设计有两种基本方法,频率调整法和动力响应时程分析法,后者更合理。当桥梁基频或者低阶频率处于行人步伐频率范围内(竖向1.4～2.4Hz,侧向0.7～1.2Hz)时必须进行动力响应分析,并要求进行行人振动舒适度评价。本文以吉林省白山市彩虹桥为例分析了提篮式拱桥的力学性能,对其进行了检测、评估,并进行了振动病害分析,行人振动舒适度评价,最后给出了加固设计方案。为今后此类桥的检测、评估和加固提供了方法论的参考。同时,本文在分析过程中也得到了几点重要的结论性成果。刚性拱肋、柔性桥面系类型的提篮中承式人行拱桥往往是桥面系首先出现病害。柔性桥面系动力性能不佳,在行人步伐荷载作用下振动过大,甚至可能发生人桥共振。通过对彩虹桥进行自振特性分析,笔者认为提篮式拱桥的前几阶竖向自振频率主要由拱肋性能决定,竖向高阶频率主要由桥面系性能决定,提高桥面系刚度不能有效错开行人步频和结构竖向自振频率,但能有效地减弱动力响应,提高桥梁的使用性能和安全性。动力响应分析法能有效地进行人行桥振动病害分析和加固前后动力性能对比分析。增加桥面系刚度往往可能因为造价和美观上的原因无法实施。要防治人行桥的振动病害,往往需要增加桥梁阻尼,可通过增设阻尼器的方法加以解决。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 人行桥的发展及问题

1.2 提篮式拱桥的发展

1.3 研究现状及存在的问题

1.4 本文研究的目的和内容

第2章 大跨度提篮式拱桥的力学特性

2.1 提篮式拱桥的构造特点

2.1.1 提篮式拱桥拱肋

2.1.2 提篮式拱桥吊杆

2.1.3 提篮式拱桥桥面系

2.2 提篮式拱桥的静力特性

2.2.1 提篮式拱桥一般静力特性

2.2.2 提篮式拱桥的稳定性能

2.3 提篮式拱桥的动力特性

2.3.1 提篮式拱桥的自振特性

2.3.2 提篮式拱桥对外荷载的动力响应

2.4 本章小结

第3章 人行桥的人致振动分析理论

3.1 人行荷载模型

3.1.1 步行力频率

3.1.2 单人步行力动力因子

3.1.3 人群步行力动力因子

3.2 强迫振动理论

3.2.1 单人过桥模型

3.2.2 人群过桥模型

3.2.3 时程分析

3.3 人致振动桥梁的舒适性评估

3.3.1 荷载取值

3.3.2 人行桥竖向振动舒适度评价

3.3.3 人行桥侧向振动舒适度评价

3.4 本章小结

第4章 大跨度提篮式人行拱桥的检测与评估实例

4.1 工程概况

4.2 彩虹桥的检测及损伤分析

4.2.1 中拱拱肋的检测

4.2.2 吊杆的检测

4.2.3 桥面系的检测

4.2.4 混凝土强度的测定

4.2.5 混凝土碳化深度的测定

4.2.6 混凝土中氯离子含量的测定

4.2.7 其它结构部分的检测

4.3 承载能力检测与评定

4.4 动力性能的检测

4.4.1 彩虹桥自振频率的测定与分析

4.4.2 彩虹桥阻尼系数的测定与分析

4.4.3 彩虹桥动力性能的评估

4.5 桥梁现状评定

4.6 评估结论及建议

4.7 本章小结

第5章 大跨度提篮式人行拱桥的振动病害分析实例

5.1 彩虹桥振动病害概述

5.2 彩虹桥自振特性分析

5.2.1 结构有限元模型

5.2.2 自振特性分析

5.3 彩虹桥的动力响应分析

5.4 彩虹桥振动病害诊断

5.5 本章小结

第6章 大跨度提篮式人行拱桥的减振分析与加固

6.1 桥梁常见减振方法

6.2 人行桥人致振动减振方案比选

6.2.1 增加结构刚度

6.2.2 增加结构阻尼

6.3 彩虹桥加固方案比选

6.4 结构改造加固方法

6.5 调谐质量阻尼器减振加固方法

6.6 基于人致振动问题的人行桥设计和加固建议

6.6.1 改善设计方法

6.6.2 人行桥动力性能的检测加固方法

6.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢