钢结构人行天桥自振频率优化分析

张清旭 宁晓骏 董福民 周兴林

(昆明理工大学建筑工程学院 昆明 650500)

0 引言

随着经济的飞速发展，城市化水平越来越高，人行天桥这一重要的城市通道也得到了快速的发展。钢箱梁结构轻盈，施工时对交通影响小，非常适用于城市人行天桥。但在一般情况下，钢箱梁主梁刚度较小，自振频率偏低，当与人们的行走步频较为接近时，容易发生共振，给结构的安全运行带来隐患，也给行人带来不适感[1]。为此，《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69—1995)规定：人行天桥上部结构竖向自振频率不应小于3 Hz[2]。

为了提高人行天桥的安全性能，专家们做了许多研究，比如通过在天桥上外置阻尼器来消能减振[3]，从结构内部挖掘潜力优化自身设计来提高自振频率[4]等。目前,我国阻尼器的研究还不够成熟，实际应用中难以达到满意的效果，而结构设计理论相对较为成熟，优化设计操作简便。

本文以楚雄市某人行天桥为依托，采用Midas/Civil软件建立有限元模型，通过优化结构，分析各因素对天桥频率的影响，总结出提高人行天桥安全性能的有效方法。

1 桥梁人行荷载特点及频率计算

1.1 人行荷载特点

城市人行天桥的荷载主要是人群荷载。行人正常步频介于1.6 Hz(慢走)和2.4 Hz(快走)之间，平均值大约2 Hz(2步/s)。当人行天桥的自振频率落在人行基频(2 Hz)附近时，人行天桥可能发生共振，影响结构的安全使用[5]。

1.2 频率计算

简支梁桥的频率计算公式为

(1)

连续梁桥的频率计算公式为

(2)

式中，f为频率，Hz；l为跨径，m；……