景区人行悬索桥静动力特性及人致振动研究

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景区人行悬索桥是指以缆索作为桥跨上部结构主要承重构件,建设于景区供人行走的桥梁。景区人行悬索桥通常是景区的地标式建筑,由于其相对建设投入少、吸引游客和经济回报高,近年来在全国范围内广泛兴起。然而,由于当前缺少相关规范和研究成果,很多景区人行悬索桥成为“三无工程”,造成景区安全隐患。本文对景区人行悬索桥的静动力特性及人致振动进行了较深入的研究工作,取得了一些研究成果。(1)首先,概述人行悬索桥的发展历史、结构特点和结构体系,介绍人行悬索桥国内外研究现状。介绍本文的研究背景及意义,采用资料搜集整理与市场调研结合的方式开展背景调研,讨论景区人行悬索桥的工程应用现状。(2)本文进行了人行悬索桥合理成桥状态的研究,计算确定合理成桥状态的缆索线形,比较了主缆与抗风缆分别找形和整体找形这两种找形方法的计算效率与可靠性,并基于成桥状态验算结构极限状态。对于设置抗风缆的人行悬索桥,主缆与抗风缆分别独立找形的方法可避免同时调整两类缆索,有效提高找形效率。(3)以合理成桥状态为基础,针对景区人行悬索桥的建设特点,选取主缆垂跨比、抗风缆倾角、抗风缆矢跨比、抗风缆初始预应力和空间主缆倾角这五项设计参数进行静动力特性相关的参数研究,通过所得的规律总结出景区人行悬索桥主要设计参数的合理取值范围。对于最常见的吊挂式悬索桥而言,较合理的参数范围:主缆竖向垂跨比1/10~1/12,抗风缆倾角30°~60°,抗风缆矢跨比1/10~1/15。当不设置抗风缆时,也可设计为空间主缆悬索桥,空间主缆倾角宜取30°~40°。(4)介绍了人致振动分析所采用的激励模型以及目前国内外人致振动舒适度评价标准。采用现场实测与有限元模拟相结合的方式,研究人行悬索桥人致振动响应,并进行舒适度评价。通过人致振动模拟与实测的对比,可知模拟分析结果基本能够反映实测结果,可以通过设计阶段对峰值加速度计算值的控制来保证最终人行悬索桥的实际舒适度情况。(5)选择不同形式不同参数的人群激励模型进行人致振动参数分析,得到了各参数对人致振动分析的影响规律。实际设计中,可根据结构预期的振动振型设置激励分布,以获得最不利的人致振动响应。对于大跨度人行悬索桥,需注意人群附加质量的影响。对于全桥加载的人群激励,当激励频率与自振频率足够接近时,结构会产生显著的整体振动;当激励频率与自振频率差距较大时,结构可能以更容易激发的低频振型作整体振动,此时振动较小。
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