环形钢结构人行天桥受力性能及加固方法研究

摘要

环形钢结构人行天桥由于其具有施工方便、造型美观、通行效率高等优点，在城市道路系统中得到广泛的运用。但随着使用年限的增长，现有桥梁的承载能力都出现了不同程度的下降。尤其是环形钢结构人行天桥这一特殊结构的自振频率若和人正常行走的频率相近，则很容易产生共振现象，不仅会影响结构安全和正常使用，而且会给行人在心理上造成一定的恐慌。因此，对现有环形钢结构人行天桥这一特殊结构进行承载力的验算和加固就显得尤为重要。
　　 本文以合肥市—现役环形钢结构人行天桥为研究对象，对环形钢结构人行天桥这一特殊结构的加固方法进行了研究，主要工作和研究内容如下:
　　 1、对案例工程的静力性能和动态特性等各项指标进行现场检测，并根据检测结果进行承载力评估与技术状况评定。根据现场检测结果，该工程原结构承载能力基本满足，但是竖向自振频率较小。
　　 2、采用桥梁分析有限元软件midas civil建立桥梁的有限元模型，对其受力性能进行分析，并与实际检测结果进行对比。通过现场的测试和有限元分析的结果可知，案例工程原结构竖向振动频率较小，从而导致其在外界环境激励下易引发共振，给行人造成心理恐慌，需要加固。
　　 3、提出采用TMD控制、增加立柱、改变主梁与立柱约束关系三种加固方案。对各方案进行了有限元分析，得出各方案下的振型、内力和挠度等参数。并与加固前结构有限元分析下的相应参数进行对比和分析，以确定振动控制效果较好的加固方案。通过分析对比可得，采用TMD控制加固方法，减振效果甚微，其他两种方法减振效果较明显，选取改变主梁与立柱关系和增设立柱的方案为备选方案。
　　 4、对于备选的两种加固方案，进一步进行减震性能的比较研究。通过分析得出，采用增加立柱的加固方案在taft地震波、EL centro地震波以及San Fernando地震波作用下，桥梁整体位移响应较小，该加固方案下减震性能更好。
　　 5、车辆荷载引起的振动响应是城市人行天桥的重要影响因素之一，对于案例工程振动控制较好的两种加固方案，采用在midas civil中输入车辆荷载作用下引起的加速度响应曲线的方法进一步进行车辆荷载作用下减震性能的比较，以选出最优的加固方案。通过分析得出，采用增加立柱的加固方案在车辆荷载作用下，桥梁整体结构响应较小，该加固方案下减震性能更好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 钢结构桥梁的发展与国内外研究现状

1．3 本文研究内容

2 环形钢结构人行天桥检测案例

2．1 案例工程介绍

2．1．1 案例工程人行天桥概况

2．1．2 案例工程人行天桥设计荷载

2．1．3 案例工程人行天桥构件材料

2．2 基于案例工程的检测内容及检测方法

2．2．1 桥梁检测的目的及意义

2．2．2 案例工程外观检查检测

2．2．2 案例工程焊缝探伤检测

2．2．3 案例工程关键截面应力和挠度检测

2．2．4 案例工程结构动态特性检测

2．3 案例工程技术状况评定

2．3．1 外观检查结论

2．3．2 焊缝探伤检查结论

2．3．3 桥面相对高程测量结论

2．3．4 天桥竖向振动频率检查结论

2．4 案例工程技术状况结论

2．5 本章小结

3 案例工程的动力特性有限元分析与对比

3．1 MIDAS／Civil软件介绍及有限元理论

3．1．1 MIDAS／Civil软件介绍

3．1．2 基于人行天桥的有限元理论

3．2 案例工程原结构有限元模型

3．3 案例工程原结构竖向振型计算与验算

3．4 案例工程原结构内力及挠度验算

3．5 有限元分析与实测数据对比

3．6 本章小结

4 人行天桥的振动控制研究

4．1 TMD减振控制的机理

4．2 采用TMD控制方案

4．2．1 采用TMD控制结构竖向振型验算

4．2．2 采用TMD控制结构内力及挠度验算

4．2．3 采用TMD控制结构与原结构减振效果对比

4．2．4 结论

4．3 采用改变立柱与主梁约束关系的方案

4．3．1 改变立柱与主梁约束关系后结构竖向振型验算

4．3．2 改变立柱与主梁约束关系后结构内力及挠度验算

4．3．3 改变立柱与主梁约束关系后结构与原结构减振效果对比

4．3．4 结论

4．4 采用增加立柱方案

4．4．1 增加立柱后结构竖向振型验算

4．4．2 增加立柱后结构内力及挠度验算

4．4．3 增加立柱后结构与原结构减振效果对比

4．4．4 结论

4．5 案例工程振动控制方法比较

4．6 本章小结

5 各加固方法在地震作用下和车辆荷载作用下的减震性能比较

5．1 案例工程桥梁在地震作用下的结构响应

5．1．1 地震作用下结构的响应分析

5．1．2 地震波的选取

5．1．3 案例工程加固前结构减震性能

5．1．4 案例工程改变立柱与主梁约束关系结构的减震性能

5．1．5 案例工程增加立柱后结构的减震性能

5．2 案例工程桥梁在车辆荷载激励下的结构响应

5．2．1 车辆荷载下激励波的选取

5．2．2 案例工程加固前结构车辆荷载作用下的响应

5．2．3 案例工程改变立柱与主粱约束关系结构在车辆荷载作用下的响应

5．2．4 案例工程增加立柱后结构在车辆荷载作用下的响应

5．3 各加固方法减震效果对比

5．3．1 地震荷载作用下的减震效果对比

5．3．2 车辆荷载作用下的减震效果对比

5．4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献