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斜拱曲梁桥人致振动舒适度与减振研究

周健华 黄友钦 刘爱荣

周健华, 黄友钦, 刘爱荣. 斜拱曲梁桥人致振动舒适度与减振研究[J]. 工程力学, 2022, 39(S): 214-220. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S043
引用本文: 周健华, 黄友钦, 刘爱荣. 斜拱曲梁桥人致振动舒适度与减振研究[J]. 工程力学, 2022, 39(S): 214-220. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S043
ZHOU Jian-hua, HUANG You-qin, LIU Ai-rong. WALKING COMFORT ANALYSIS AND VIBRATION CONTROL OF BRIDGE WITH CURVED BEAM AND INCLINED ARCH[J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(S): 214-220. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S043
Citation: ZHOU Jian-hua, HUANG You-qin, LIU Ai-rong. WALKING COMFORT ANALYSIS AND VIBRATION CONTROL OF BRIDGE WITH CURVED BEAM AND INCLINED ARCH[J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(S): 214-220. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S043

斜拱曲梁桥人致振动舒适度与减振研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S043
基金项目: 国家自然科学基金项目(51578188);高等学校学科创新引智计划项目(111计划D21021);广州市科技计划项目(201904010307);中国工程院战略咨询重点项目(2021-XZ-37)
详细信息
    作者简介:

    周健华(1996−),男,广东人,硕士生,主要从事新型桥梁结构静动力稳定性研究(E-mail: 363669929@qq.com)

    刘爱荣(1972−),女,山西人,教授,博士,主任,主要从事新型桥梁结构静动力稳定性研究(E-mail: liuar@gzhu.edu.cn.)

    通讯作者:

    黄友钦(1982−),男,福建人,副研究员,博士,主要从事风工程、结构振动与稳定研究(E-mail: bananajill@163.com)

  • 中图分类号: U448.11

WALKING COMFORT ANALYSIS AND VIBRATION CONTROL OF BRIDGE WITH CURVED BEAM AND INCLINED ARCH

  • 摘要: 该文以首座跨越珠江的斜拱曲梁人行景观桥——广州海心桥为研究对象,系统开展其人致振动舒适度与减振控制研究。海心桥采用拱肋外倾10°的斜拱曲梁固结体系,其主拱跨度为198 m,矢跨比约为1/3.5。主桥跨中桥面宽15 m,桥面由圆弧型快、慢行道组成。由于桥梁处于高密度人群区,且结构体系柔度大、受力复杂,人行舒适度问题很突出。为此,该文建立精细化3D有限元模型,通过特征值分析确定人振动荷载敏感频率范围,判别步行力敏感模态阶数,构建对应的步行力荷载。通过时域分析法获得对应的峰值加速度阈值以及舒适度指标完成了人行舒适度评价。提出了安装质量调谐阻尼器以提高桥梁舒适度等级的减振方案,并对阻尼器的安装位置、阻尼、刚度和质量进行了优化设计,有效提高了桥梁的人行舒适度。该文研究结果可为同类型桥梁的人行桥舒适度评价提供参考。
  • 图  1  桥梁实景图

    Figure  1.  Bridge realistic view

    图  2  全桥有限元模型

    Figure  2.  Finite element model

    图  3  人群荷载折减系数

    Figure  3.  Reduction factor of human load

    图  4  加载方式

    Figure  4.  Loading method

    图  5  TMD系统简图

    Figure  5.  TMD system sketch

    表  1  桥梁前14阶模态动力特性

    Table  1.   First 14th order modal dynamic properties of the bridge

    模态频率/Hz振型描述
    主桥拱肋
    10.538正对称竖弯正对称侧弯
    20.712反对称竖弯反对称竖弯
    30.927正对称竖弯+扭转正对称竖弯
    41.277反对称竖弯+侧弯反对称竖弯
    51.760反对称竖弯反对称竖弯
    61.764正对称竖弯+扭转正对称竖弯
    72.039反对称竖弯+侧弯反对称竖弯
    82.072正对称竖弯+侧弯正对称侧弯
    92.141正对称竖弯正对称竖弯
    102.440正对称竖弯正对称竖弯+扭转
    112.714正对称竖弯+扭转正对称竖弯+扭转
    122.745正对称竖弯+扭转正对称竖弯+扭转
    132.786正对称竖弯+扭转正对称侧弯+扭转
    142.950反对称竖弯+扭转反对称侧弯+扭转
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    表  2  EN03[10]舒适度评价标准

    Table  2.   EN03[10] comfort evaluation criteria

    舒适度等级舒适度竖向加速度限值横向加速度限值
    CL1最好<0.5 m/s2<0.1 m/s2
    CL2中等0.5 m/s2~1.0 m/s20.1 m/s2~0.3 m/s2
    CL3最低限度1.0 m/s2~2.5 m/s20.3 m/s2~0.8 m/s2
    CL4不可接受>2.5 m/s2>0.8 m/s2
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    表  3  CJJ/69−201X[11]舒适度评价标准

    Table  3.   CJJ/69−201X[11] comfort evaluation criteria

    舒适度等级舒适度竖向加速度限值横向加速度限值
    CL1最好[0, 0.25f 0.78)[0, 0.1)
    CL2合格[0.25f 0.78, min(0.5f 0.5, 0.7))[0.1, 0.15f 0.5)
    CL3不合格[min(0.5f 0.5, 0.7), ∞)[0.15f 0.5, ∞)
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    表  4  CJJ/69−201X[11]舒适度分析结果

    Table  4.   CJJ/69−201X[11] comfort analysis results

    模态号 0.5 人/m2 1.0 人/m2 1.5 人/m2 4.6 人/m2
    1 0.002 0.004 0.005 0.008
    2 0.001 0.002 0.002 0.003
    3 0.006 0.015 0.018 0.032
    4 0.002 0.006 0.007 0.012
    5 0.091 0.218 0.268 0.468
    6 0.114 0.273 0.336 0.587
    7 0.068 0.163 0.200 0.349
    8 0.145 0.348 0.427 0.748
    9 0.230 0.553 0.679 1.188
    10 0.326 0.784 0.962 1.684
    11 0.154 0.371 0.455 0.796
    12 0.151 0.364 0.447 0.783
    13 0.088 0.211 0.259 0.454
    14 0.005 0.012 0.014 0.025
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    表  5  EN03[10]舒适度评价结果

    Table  5.   EN03[10] Comfort analysis results

    模态号 0.5 人/m2 1.0 人/m2 1.5 人/m2
    1 0.002 0.006 0.008
    2 0.001 0.002 0.002
    3 0.008 0.025 0.031
    4 0.003 0.009 0.011
    5 0.115 0.363 0.446
    6 0.144 0.455 0.559
    7 0.086 0.272 0.333
    8 0.184 0.580 0.712
    9 0.231 0.730 0.896
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    表  6  TMD减振控制方案

    Table  6.   Vibration damping control solution

    TMD类型控制方向质量比μ总重/t阻尼比频率/Hz
    4竖向0.00312.250.0201.275
    5竖向0.00181.650.0131.757
    6竖向0.00181.650.0251.761
    7竖向0.00322.400.0272.033
    8竖向0.01173.300.0712.049
    9竖向0.01853.300.0262.102
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    表  7  CJJ/69−201X[11]减振控制结果

    Table  7.   CJJ/69−201X[11] damping control results

    峰值加速度模态号 1.0 人/m2 1.5 人/m2 4.6 人/m2
    控制前 控制后 舒适度等级 控制前 控制后 舒适度等级 控制前 控制后 舒适度等级
    4 0.006 0.005 CL1 0.007 0.006 CL1 0.012 0.011 CL1
    5 0.218 0.189 CL1 0.268 0.232 CL1 0.468 0.407 CL2
    6 0.273 0.151 CL1 0.336 0.185 CL1 0.587 0.324 CL1
    7 0.163 0.153 CL1 0.200 0.188 CL1 0.349 0.329 CL1
    8 0.348 0.267 CL1 0.427 0.327 CL1 0.748 0.573 CL2
    9 0.553 0.371 CL1 0.679 0.456 CL2 1.188 0.798 CL3
    10 0.784 0.249 CL1 0.962 0.305 CL1 1.684 0.534 CL2
    11 0.371 0.200 CL1 0.455 0.245 CL1 0.796 0.429 CL1
    12 0.364 0.299 CL1 0.447 0.367 CL1 0.783 0.643 CL2
    13 0.211 0.138 CL1 0.259 0.170 CL1 0.454 0.297 CL1
    14 0.012 0.009 CL1 0.014 0.011 CL1 0.025 0.020 CL1
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    表  8  EN03[10]减振控制结果

    Table  8.   EN03[10] damping control results

    峰值加速度模态号 1.0 人/m2 1.5 人/m2
    控制前 控制后 舒适度等级 控制前 控制后 舒适度等级
    4 0.009 0.008 CL1 0.011 0.011 CL1
    5 0.363 0.279 CL1 0.446 0.343 CL1
    6 0.455 0.195 CL1 0.559 0.239 CL1
    7 0.163 0.237 CL1 0.333 0.292 CL1
    8 0.580 0.364 CL1 0.712 0.447 CL1
    14 0.730 0.376 CL1 0.896 0.462 CL1
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-25
  • 修回日期:  2022-04-12
  • 网络出版日期:  2022-05-05
  • 刊出日期:  2022-06-06

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