不同吊杆形式悬索桥人致振动分析及舒适度评价

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210393

吉林大学学报(工学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (11): 2644-2652.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210393

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇

不同吊杆形式悬索桥人致振动分析及舒适度评价

张彦玲^1,²(),王灿^1,²,张旭^1,²,王昂洋³,李运生^1,²()

^1.石家庄铁道大学土木工程学院，石家庄 050043
^2.石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室，石家庄 050043
^3.国网河北省电力有限公司沧州市供电分公司，河北沧州 061000

收稿日期:2021-05-06 出版日期:2022-11-01 发布日期:2022-11-16
通讯作者: 李运生 E-mail:06mzhang@163.com;liysh70@163.com
作者简介:张彦玲（1973-），女，教授，博士. 研究方向：桥梁结构分析，组合结构桥梁. E-mail： 06mzhang@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51778377);河北省自然科学基金项目(E2019210311)

Human⁃induced vibration analysis and pedestrian comfort evaluation for suspension footbridge with different hunger systems

Yan-ling ZHANG^1,²(),Can WANG^1,²,Xu ZHANG^1,²,Ang-yang WANG³,Yun-sheng LI^1,²()

^1.School of Civil Engineering，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043，China
^2.Key Laboratory of Roads and Railway Engineering Safety Control of Ministry of Education，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043，China
^3.Cangzhou Power Supply Branch of State Grid Hebei Electric Power Co. ，Ltd. ，Cangzhou 061000，China

Received:2021-05-06 Online:2022-11-01 Published:2022-11-16
Contact: Yun-sheng LI E-mail:06mzhang@163.com;liysh70@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为研究结构细节对人行悬索桥人致振动响应及行人舒适度的影响，以某人行玻璃悬索桥为工程实例，分别建立了竖直吊杆模型和倾斜吊杆模型，分析了不同吊杆对自振特性和人致振动响应的影响，并基于德国EN03规范对行人舒适度进行了评估.结果表明：竖直吊杆模型横向及竖向基频均小于倾斜吊杆模型，但两种吊杆模型下该桥的振动频率均较低，说明结构整体柔性较大；两种吊杆模型中，计入人群质量后，各阶自振频率和主梁最大加速度均随行人密度的增加而减小；同一人流量下，主梁在对应不同模态的行人步频下加速度最大值均不同，但同一工况下倾斜吊杆模型的横弯和竖弯加速度数值均较竖直吊杆模型有所下降；两种吊杆模型的横向舒适度综合评价相同，竖向舒适度综合评价倾斜吊杆模型更优，倾斜吊杆可以有效加强改人行悬索桥的横向和竖向刚度。

关键词: 桥梁工程, 人行悬索桥, 自振特性, 人致振动, 行人舒适度

Abstract:

To research the influence of the structural details on the human-induced vibration and pedestrian comfort of the suspension footbridge， based on a practical suspension footbridge， two different structural models， one with vertical hanger system and the other with inclined hanger system， were built. The influence of different hanger systems on the free vibration and human-induced vibration were analyzed， and the pedestrian comfort was evaluated based on EN03 code. The results show that， the first-order vertical and lateral frequencies of the inclined hanger system model are lower than those of the vertical one， and both two hanger system model have low free vibration frequencies and corresponding high flexibility. When the pedestrian mass is considered， the free vibration frequencies and the maximum accelerator of the main girder under pedestrian load decrease with the increase of the pedestrian flow for both two models. Under the same pedestrian flow， the maximum accelerators according to different mode and free frequency are different， but the inclined hanger system model has lower lateral and vertical accelerators compared to the vertical one. The lateral comfort evaluation result is same for two models， but the vertical comfort evaluation is better for the inclined hanger system model. The inclined hangers can improve both the lateral and vertical rigidities of the suspension footbridge.

Key words: bridge engineering, suspension footbridge, natural vibration characteristics, human-induced vibration, pedestrian comfort

中图分类号:

U448.25

张彦玲,王灿,张旭,王昂洋,李运生. 不同吊杆形式悬索桥人致振动分析及舒适度评价[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(11): 2644-2652.

Yan-ling ZHANG,Can WANG,Xu ZHANG,Ang-yang WANG,Yun-sheng LI. Human⁃induced vibration analysis and pedestrian comfort evaluation for suspension footbridge with different hunger systems[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2022, 52(11): 2644-2652.

图/表 20

图1

图2

表1

表2

表3

两种吊杆模型下不同行人密度下的自振频率 (Hz)"

振动模态	竖直吊杆模型						倾斜吊杆模型
	振动阶数	成桥态	行人密度/（人 $?$ m $- 2$ ）				振动阶数	成桥态	行人密度/（人 $?$ m $- 2$ ）
	振动阶数	成桥态	0.5	1	1.5	2	振动阶数	成桥态	0.5	1	1.5	2
主梁横弯	3	0.565	0.553	0.544	0.530	0.520	3	0.551	0.549	0.547	0.546	0.545
	4	0.733	0.719	0.702	0.668	0.666	4	0.665	0.648	0.633	0.617	0.602
	5	1.034	1.005	0.957	0.913	0.959	5	0.909	0.889	0.869	0.851	0.835
	6	1.149	1.121	1.096	1.067	1.045	6	1.116	1.114	1.109	1.100	1.084
主梁竖弯	13	1.343	1.309	1.277	1.247	1.244	7	1.410	1.410	1.388	1.357	1.298
	14	1.470	1.433	1.423	1.365	1.335	8	1.455	1.421	1.410	1.354	1.329
	15	1.608	1.599	1.599	1.599	1.459	9	1.655	1.626	1.589	1.554	1.521
	16	1.745	1.700	1.658	1.620	1.584	10	1.842	1.819	1.779	1.739	1.715
	17	1.893	1.845	1.800	1.758	1.713	11	2.111	2.062	2.036	2.033	2.032
	18	2.041	1.989	1.940	1.895	1.853	12	2.328	2.273	2.229	2.222	2.222
	19	2.200	2.146	2.094	2.045	1.999
	20	2.360	2.299	2.243	2.191	2.142

表3

图3

表4

表5

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

表6

图11

图12

表7

表8

参考文献 18

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模态	竖直吊杆模型		倾斜吊杆模型
模态	自振频率 /Hz	振型描述	自振频率 /Hz	振型描述
1	0.185	对称横弯	0.258	反对称横弯
2	0.190	对称竖弯	0.266	对称横弯
3	0.211	反对称横弯	0.319	对称竖弯
4	0.250	对称竖弯	0.366	反对称竖弯
5	0.329	反对称横弯	0.393	反对称横弯
6	0.347	对称竖弯	0.395	对称横弯
7	0.369	反对称竖弯	0.406	反对称竖弯
8	0.393	反对称横弯	0.410	对称竖弯
9	0.393	对称竖弯	0.450	对称竖弯
10	0.393	反对称横弯	0.451	对称竖弯

振动阶数	不计入行人质量		计入行人质量
振动阶数	步频 /Hz	P（t）/（N·m^-2）	步频 /Hz	P（t）/（N·m^-2）
3	0.565	5.8cos（3.55t）	0.544	3.9cos（3.42t）
4	0.733	17.6cos（4.60t）	0.702	17.6cos（4.40t）
5	1.034	14.6cos（6.49t）	0.957	17.6cos（6.00t）
6	1.149	4.5cos（7.21t）	1.096	9.2cos（6.88t）

等级	舒适度	横向加速度限值/（m·s^-2）	竖向加速度限值/（m·s^-2）
1	很舒适	≤0.1	≤0.5
2	中等舒适	0.1~0.3	0.5~1.0
3	不舒适	0.3~0.8	1.0~2.5
4	不可忍受	>0.8	>2.5

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方向	模态阶数	振动阶数	自振频率/Hz	主梁振型图	模态阶数	振动阶数	自振频率/Hz	主梁振型图
横向	21	3	0.565		15	3	0.551
	28	4	0.733		25	4	0.662
	41	5	1.034		36	5	0.909
	47	6	1.149		38	6	1.116
竖向	53	13	1.343		48	7	1.410
	60	14	1.470		55	8	1.455
	65	15	1.608		61	9	1.655
	70	16	1.745		68	10	1.842
	75	17	1.893		74	11	2.111
	82	18	2.041		80	12	2.175
	87	19	2.200
	93	20	2.360

振动阶数	不计入行人质量		计入行人质量
振动阶数	步频/Hz	P（t）/（N·m^-2）	步频/Hz	P（t）/（N·m^-2）
13	1.343	29.8cos（8.43t）	1.277	9.2cos（8.02t）
14	1.470	69.6cos（9.23t）	1.423	54.9cos（8.93t）
15	1.608	113cos（10t）	1.599	110cos（10.04t）
16	1.745	141cos（11.95t）	1.658	128cos（10.41t）
17	1.893	141cos（11.88t）	1.800	141cos（11.3t）
18	2.041	141cos（12.81t）	1.940	141cos（12.18t）
19	2.200	71cos（13.81t）	2.094	141cos（13.15t）
20	2.360	-	2.243	40.2cos（14.08t）

行人密度/（人·m^-2）	不计人群质量			计入人群质量
行人密度/（人·m^-2）	横向	竖向	综合	横向	竖向	综合
0.5	1	1	1	1	1	1
1.0	1	2	2	1	2	2
1.5	1	2	2	1	2	2
2.0	2	2	2	1	2	2