连续钢箱梁人行天桥的车致振动研究

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人行天桥的振动问题主要是由桥上的行人和桥下的车辆引起的。对于人致振动问题,早在2000年的千禧桥事件之后就有大量的学者们开始了步行试验和理论模型方面的研究,并得出了比较丰硕的成果。而对于车致振动问题,大多数学者主要是研究车辆通过地面传播振动到人行天桥的基础,再通过墩柱传播到主梁引起的二次振动问题,大多采用现场监测的方法,因为要建立车辆行驶的理论模型要涉及到车辆、道路、结构、岩土等多个学科领域的知识,实现起来比较困难。其实,车辆通行产生的气流也可以引起人行天桥的振动,只是人们都认为这是引起人行天桥振动的次要因素而不去考虑。但这都是主观预测,并没有理论数据为依据。所以,对人行天桥的车致振动问题进行地面和气流两种振动传播途径下的分析研究是十分有必要的,可为其设计和安全评估提供理论的依据。本文以最常用的水平布置连续钢箱梁人行天桥为对象,针对这一问题进行了研究,主要内容与成果如下:  (1)车致地面激励的计算方法研究首先,用MATLAB求解考虑路面不平度影响的车辆振动微分方程,然后利用文克尔地基梁模型来模拟路面土体,以车辆作为振源,给出了车致地面运动的计算模型,借助动力机械振动沿地面传播的衰减公式提出了车辆振动引起人行天桥柱基加速度的计算公式,建立了车致地面激励的计算方法。最后,对地面两点进行了现场实测,通过对测试数据的分析,验证了该计算方法的实用性,从而实现了结构物车致地面激励的计算模拟。  (2)车致气流激励的计算方法研究从流体力学的观点出发,建立车辆从连续钢箱梁人行天桥下通过的流场网格模型,通过对流场的二维和三维分析,研究了该人行天桥车致气流激励沿纵、横两个方向的分布规律,并用现场实测的方法验证了其正确性,提出了此类天桥考虑车速、车辆大小和桥面宽度影响的车致气流激励计算方法。最后,讨论了车辆相继行驶和并排行驶的情况,拓宽了该计算方法的应用范围。  (3)两种传播途径下的车致振动响应分析研究基于以上研究结论,分别考虑车速、道路等级及车体质量的影响,对连续钢箱梁人行天桥进行两种传播途径下的车致振动响应分析,并讨论了两车及多车在某一工况下相继行驶和并排行驶的情况,分别从振动加速度和应力两个方面总结规律。在此基础上,用英国规范BSI对人行天桥进行了舒适度评价,给出了此类人行天桥的舒适度评价准则,从而补充了此类人行天桥设计规定的不足。  (4)人行天桥有限元模型的同级分组修正方法研究一个能够准确反映结构特征的动力模型,是进行响应计算所必需的。有限元模拟由于理想化假定和简化,分析结果往往与实测有较大偏差。针对这一问题,结合连续钢箱梁人行天桥的特点,提出了一种有限元模型的同级分组修正方法。以乌鲁木齐市幸福路口人行天桥为例,通过数值模拟,在对比有限元模型修正各种指标的基础上,对该修正方法进行了验证,并对北京工业大学西门人行天桥进行了现场动力监测,利用该方法对其有限元模型修正后,理论值与实测值吻合较好。  
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