电子邮箱

密码

 注册 忘记密码？

使用 Oasys GSA 对非对称斜拉人行天桥进行结构设计和动态评估

项目概述


在德国小镇巴特黑斯费尔德，Schlaich Bergermann Partner (sbp) 设计了一座横跨富尔达河的人行和自行车桥。这座人行桥于 2021 年底落成，连接了约翰内斯堡街区和巴特黑斯费尔德市中心东西两侧的人行道和自行车道。这座桥长约 80 米，宽 3 米。它的 S 形设计将坡道结构无缝地融入该地区的自然景观中，并为骑自行车过河的人提供了顺畅的连接。该团队使用 Oasys GSA 对人行桥进行动态分析。
桥梁的点对称设计体现在其几何形状中。两个桅杆分别位于每个桥梁半部的重心。这样可以将带有后拉索的缆索布置集成到设计中，以稳定桅杆。

桥面设计为非对称空心箱体，结构深度为 0.5 米。下脊位置沿桥面变化，以响应曲率和偏心缆索连接，这些连接连接到隔板，每隔 2.9 米加固箱体。

在每个桥梁半部，14 条缆索跨越到两个 11 米高的桅杆之一。外缆索连接到桥台并平衡桥面的轴向力。桅杆设计为钢制空心箱体，横截面为锥形矩形，最厚处小于 0.4 米。上部结构牢固地锚固在两端的桥台上，土方坡道连接到桥台。
建模
上部结构采用梁单元建模，梁单元表示由 28 个直段组成的多边形，每个直段都分配有特定的横截面组。塔的折叠分别使用五个横截面来近似。电缆被建模为具有等效直径的拉杆单元。
Oasys 如何证明其价值
人行天桥的动态评估
Oasys GSA 用于人行天桥的动态分析。由于其整体结构和材料（由焊接钢段和悬索组成），该桥具有较低的固有阻尼，并且很容易因行人交通而产生振动。前三个垂直固有频率约为 1.3、1.5 和 2.2 Hz，是临界频率，并且属于潜在激励范围。由于平面布局为曲线，第一个水平固有频率位于临界范围之外。固有频率是使用 GSA 的模态分析确定的。
Mode 1: Vertical, 1.35 Hz (1.23 Hz with pedestrian traffic)   
Mode 2: Vertical, 1.50 Hz (1.37 Hz with pedestrian traffic)   
Mode 3: Vertical, 2.20 Hz (2.02 Hz with pedestrian traffic)   
该荷载模型基于 HIVOSS（钢结构人为振动）指南，包含代表等效行人流量的动态分布荷载，并在桥梁的所有区域应用适当的标志。荷载以及因此要考虑的行人数量基于所选的交通类别，并将产生的加速度与所选的舒适度进行比较。

桥梁设计考虑了以下场景：


  • 桥梁落成典礼：1 人/平方米，最低舒适度 2.5 米/秒²
  • 正常交通：0.2 人/平方米，中等舒适度 1.0 米/秒²
  • 故意破坏：当地 5 人，最低舒适度 2.5 米/秒²


对于故意破坏场景，假设 5 人聚集在 10 平方米的区域内。为了确定最大加速度，使用 GSA 进行了谐波分析。假设阻尼比为 0.5%，对于振幅较大的故意破坏情况，使用 2%。


正常使用场景中产生的加速度在可接受的范围内，略低于设定的阈值。第二固有频率 1.50 Hz 的最大加速度为 0.98 m/s²，小于规定的 1.0 m/s²。

Maximum accelerations for f = 1.50 Hz: 0.98 m/s² < 1.0 m/s²   
在桥梁落成典礼场景中，第一个固有频率产生的加速度为 1.4 m/s²，超过了第二个固有频率的 2.5 m/s² 的极限。根据经验，满载的人行天桥的阻尼会因行人而增加，但至少需要 2% 的阻尼比才能达到设定的加速度极限。
Maximum accelerations for f = 2.02 Hz: 2.27 m/s² (Deck) < 2.5 m/s²   
由于阻尼增加，破坏情景的结果并不严重，加速度达到 1.2 m/s²，远低于既定限值。
固有频率 1.35 Hz 的最大加速度：1.21 m/s² < 2.5 m/s²
根据这些结果，与客户达成一致，在桥面上提供两个可进入和可上锁的预留空间，以便在对已建桥梁进行联合评估后安装调谐质量阻尼器。感知到的振动低于预期。尽管如此，客户还是倾向于安装阻尼器。

对已建系统进行的测量表明，固有频率与计算值之间匹配良好。1.5 Hz 临界模式的系统阻尼从大约 1% 增加到 7% 以上，而其他模式的阻尼值提高到 4% 以上，显著减少了明显的振动并确保满足所有场景的最大舒适度。

我们要感谢 sbp 董事总经理 Andreas Schnubel 和 sbp 团队与我们分享这项工作。

单击此处了解有关该项目的更多信息。
在此了解有关 Oasys GSA 的桥梁分析和设计能力的更多信息。
欢迎留言联系我们，获取更多信息，我们的工程师将尽快与您取得联系。
  • 姓名
  • 电话（微信）
  • 单位
  • 留言
提交