隨著城市的發(fā)展,人行天橋越來越多地應用于比較寬闊的街道行人過街需要,這些人行天橋通??缍缺容^大,一般在40~50m左右,結構形式多為單跨簡支梁,結構梁柱多采用箱梁。正常設計時**階自振頻率和人正常行走的頻率接近,容易產(chǎn)生共振,影響結構安全和正常使用,而且振動有可能超過人體舒適度極限,給行人心理上造成恐慌。如一味增加天橋剛度以避開共振頻率,會極大的增加造價。而采用TMD減振器來達到減少天橋振動反應將是一個既實用又經(jīng)濟的方法。
1、 調(diào)諧質(zhì)量減振器的工作原理
調(diào)諧質(zhì)量減振器(Tuned Mass Damper,簡稱TMD)是專門為細長、細高或大跨結構發(fā)展起來的一種減振系統(tǒng)。TMD減振器是在原系統(tǒng)(主系統(tǒng))上耦合一個單自由度的彈簧質(zhì)量振動系統(tǒng)(附加系統(tǒng)),如圖1所示。TMD系統(tǒng)一般支撐或懸掛在結構上,其對結構振動控制的機理是:當主結構在外部激勵作用下產(chǎn)生振動時,帶動TMD系統(tǒng)一起振動,TMD系統(tǒng)運動產(chǎn)生的慣性力再反作用到主結構上。如果調(diào)諧這個慣性力,使其與激勵力的方向相反,則可與激勵力抵消,使主結構的振動位移大大減小,達到控制主結構振動的目的。
2、人行激勵模式及舒適度評價標準
行人的行走可能產(chǎn)生垂直作用力、橫向作用力以及扭轉作用力。一般只考慮人行激勵對橋面的豎向作用,忽略其產(chǎn)生的水平和扭轉效應。人的行走激勵可以當作一個周期的過程處理,通常把行走中某一側足跟觸地到該足跟再次觸地稱為該側下肢的一個步態(tài)周期。在計算時采用的步行荷載工況一般為國際橋梁及結構工程協(xié)會(IABSE)所給定的連續(xù)步行荷載模式,如圖2所示。
根據(jù)有關資料,行人的行進頻率大約在1~3Hz之間。而具體的行進速度受體質(zhì)與當時具體情況的影響。在計算時可根據(jù)實際情況進行調(diào)整,如可以調(diào)整步行頻率使其正好接近結構的某個固有頻率,以研究結構的共振反應。
人對樓板振動的反應是一個很復雜的現(xiàn)象,它與樓蓋振動的大小和持續(xù)時間、人所處的環(huán)境、人自身的活動狀態(tài)以及人的心理反應都有關系。樓蓋振動對的影響一般可以用振動的峰值加速度來衡量。
3、安裝與調(diào)試
因?qū)嶋H結構與計算模型之間有一定的差距,如完全按照計算結果來配置和生產(chǎn)TMD,往往會造成實際減振效果不好,一般在結構建好后用脈動法測試結構基本自振頻率,以此作為TMD頻率調(diào)試的基準頻率。一般的測試過程如下:
(1)無控(即TMD鎖死不起作用)情況下結構響應測試
在人員跳躍激勵下進行振動測試2人(如果2人跳躍可以將主結構激勵成功的話,采用2人激勵)或4人同時跳躍,測試結構振動加速度響應。并通過人員的主觀感覺及振動加速度數(shù)值來評價舒適度。
在步行激勵下的振動測試10人同步從連橋一端走向另一端,測試樓面的振動加速度響應。并通過人員的主觀感覺及振動加速度數(shù)值來評價舒適度。
(2)有控(即TMD起作用)情況下連廊結構響應測試
使調(diào)諧質(zhì)量減振器TMD處于釋放狀態(tài),即讓TMD起作用,按上述同樣的方法測試主結構的振動加速度響應。
(3)TMD減振器控制效果評價
測試完成后對連廊安裝TMD前后的舒適度以及減振效率進行評價。