细长行人天桥的振动适应性问题外文翻译资料

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细长行人天桥的振动适应性问题

Mehdi Setareh, Ph.D., P.E., M.ASCE1

摘要：本研究使用细长的钢制人行桥，研究了振动可维修性的三个重要问题：（1）被动人（站在人行天桥）和活跃人士（行人）评估人行桥振动;（2）当一群人走过行人天桥时，与单人行人穿过结构相比，振动的增加；（3）人行天桥振动分析的模态阻尼比。使用多个动态测试的结果，建立了各种评估参数之间的关系，并且更可靠，提出了基于振动剂量值（VDV）的一致限制。另外，提出了一种基于行人天桥基于性能（基于使用）的可维修性设计，每天平均人行桥穿越数计算可接受的峰值加速度的简化方法。集体效应调查显示当行人以平均正常速度2步/秒穿越人行桥时结果与过去的研究一致。然而，当人们走动时，人群的人行天桥振动，增加少于文献报道的值，当它们以结构的第一模式共振频率移动时，超过报告值。根据行人天桥的动态现场测试结果，推荐使用模态阻尼比为0.6-0.8％的木质甲板钢桥梁。

DOI：10.1061 /（ASCE）BE.1943-5592.0000951。 copy;2016美国土木工程师学会。

介绍

由人类运动引起的行人天桥振动过大可能追溯到十九世纪，英国的布劳顿人行桥和法国的昂热斯大桥崩溃，当一群士兵在他们身上并肩作战时，它们都崩溃了。 事件造成200多人死亡，多人受伤（杜甫1850年）。伦敦阿尔伯特大桥入口处的标志是“所有部队在这座桥上行走时必须打破步伐”，证明了这个问题的历史性重要性。

行人天桥振动服务性问题的另一个众所周知的例子是伦敦泰晤士河上的千年大桥。2000年行人天桥开放以来，当一群行人穿过行人天桥时，报导出的震动级数令人震惊。结构不对外开放达十八个月，经过重大的结构修改，以纠正这个问题。

本研究采用活跃的人行桥结构的动态现场测试结果，对以下三类重要问题进行了研究：（1）人体桥梁振动评估与评估验收; （2）与人行桥振动有关的群体效应; 和（3）具有木板的钢脚踏板的阻尼比。

接下来提供本研究中使用的人行桥的简要说明，其次是上述研究的细节。

克利夫顿锻造（CF）行人天桥的描述

这项研究中使用的行人天桥位于弗吉尼亚州的克利夫顿福吉（Clifton Forge），其总长度为13.6米（44英尺8英寸），斜坡为11.2米（36英尺6英寸）。 图1示出了结构的高程和横截面。如图所示，行人天桥由三个主要部分组成：桥梁，枢纽和斜坡。地板是由木质托梁支撑的木地板制成，与木质托梁相连，主要结构钢段[W200 41.7（W8〜28），W200 35.9（W8〜24），W150〜 29.8（W6〜20）]，如图1所示。该结构的设计细节由Setareh等人提供（2014）。 行人天桥是苗条的。 桥段的跨度/深度比为66，这导致结构容易受到人体运动引起的过度振动。

行人天桥振动的评估与评定

背景

格里芬（Griffin，2007）区分了人体接受测量振动的评估和评估之间的差异。根据他的评估，考虑到与人类反应相关的振动的各种重要参数，如幅度（加速度，速度或位移），频率 ，方向和持续时间，以便在条件恶化时提供更大的价值。然而，评估涉及对其振动和判断的考虑，并且表明评估程序预测的不同值的后果。对于特定的评估，评估可能因年龄，性别（主体间变异性），人的活动和环境（体内变异性），期望，文化差异等因素而变化。 对于行人天桥的具体情况，Mackenzie等 （2005）确定了影响振动评估的因素，如结构高度和桥梁护栏和路线冗余。

时域和频域都进行了振动评估

基于时域的评估技术

在基于时域的方法中，将加速度的峰值或RMS与预定的极限进行比较，以评估振动的可接受性。峰值加速度（ap）用于振动评估有两个主要问题：（1）由于信号处理参数（如滤波）的变化，ap易于出现误差; （2）振动持续时间和频率含量可以显着影响人类的反应（Griffin 1990），当使用峰值加速度时，这些反应明显地被忽略。

然而，行人天桥的大多数标准和设计指南都采用了这种方法。 巴赫曼等人 （1995）建议限制ap lt;5％g，加拿大标准协会（CSA 2006）将ap限制为人行天桥频率的函数fs（例如，对于fs = 3.35 Hz，如本研究中使用的）。

英国标准BS 5400（BSI 2006）还将振动加速度限制设置为fs的函数（例如，对于fs = 3.35Hz，ap lt;9％g）。法语代码（SETRA 2006）推荐了一系列人行桥峰值加速度 各种舒适度：（1）ap lt;5％g-最大舒适度; （2）5％g lt;ap lt;10％g-中等舒适度; （3）10％g lt;ap lt;25％g-最小舒适度; （4）25％g lt;ap-不可接受。

洲规范第1号（BSI2008b）的联合王国国家附录建议，对于高度不到8米的行人天桥，只能单独进入医院和其他敏感地点，而对于行人天桥，限制值为23％ 高度不到4米，位于农村环境和替代路线。

基于频域的评估技术

基于频域的方法使用等级或加权技术。 在评级方法中，基于频域的方法的频谱使用等级或加权技术。这些限制是从基础曲线计算的（代表绝对最低的可感知振动）。 然而，这不是一般的方法，并且已经表明，仅当振动的主要频率在三分之一倍频程的带宽内（Shoenberger 1976）时才是有效的。图2显示了ISO 10137（ISO 2007）推荐的基准曲线，用于评估和评估行人天桥的垂直振动。 本标准建议使用30的基准曲线乘数来计算被动人（行人天桥旁）的振动评估的RMS加速度限制，活跃人士（行人）的因子为60。

加权方法比振动评估方法更为一般。 它建议使用基于振动方向的频率加权函数和对主体的预期效果，因为人体对振动的敏感度是频率和方向依赖的。 频率加权函数是等效感知/舒适基础曲线的倒数，用于根据人体对不同振动频率的灵敏度水平来加速度。图3示出了基于若干当前标准的0至20Hz范围内的垂直振动的加权功能的变化：Wk [ISO 2631-1（ISO1997）]，Wm [ISO 2631-2（ISO 2003）]，Wg [BS 6472-1（BSI 2008a）]和Wb [BS6472-1（BSI 2008a）]。 请注意，Wb和Wk有非常相似的趋势。

加权方法的一个重要方面是引入用于振动评估和评估的振动剂量值（VDV）（Griffin和Whitham 1980a，b; Griffin 1984，1986; Howarth和Griffin 1988,1990,1991），如下：

其中T是人在暴露于振动期间的秒数; 而aw（t）是以m / sec2为单位的频率加权加速度。 VDV具有m / sec1.75的单位，并且具有累积振动效果而不是对其进行平均（作为RMS）的优点，并且随着持续时间增加。 此外，它可以用于量化任何类型的振动和峰值加速度的变化，因为人类对峰值加速度敏感（Griffin 2007）。 已经使用VDV来评估大量不同的振动曝光，并得出合理的结论（Griffin 1998）。

最近对行人天桥振动评估与评估的研究

过去十年的研究很少涉及与行人天桥振动的评估和评估相关的问题.MacKenzie等 （2005年）进行了一项研究，以确定行人对行人天桥振动的容忍度。 他们使用四种不同形式和情况的行人天桥，组织了421个行人回应数据库，收集了与结构有关的不同问题的反应，包括其振动可服务性。他们提出了一个合理的基于剂量的物理模型行人桥，其中包括基于诸如人行桥高度，护栏高度和路线冗余等多种因素的结构的振动评估。 MacKenzie等人将加速度限制定义为这些因素的函数。

卡巴斯基（Kasperski，2006）研究了两条行人天桥的动态特性，并测量了它们的动态特性。他还测量了人行道上的人行桥的振动响应。通过观察，他发现在总共3,951行人在穿越人行桥时受到的振动令人震惊。卡巴斯基发现，对于最大瞬态振动值（MTVV）的限制，ISO 10137（ISO 2007）要求，它表示频率加权加速度的最大1s运行RMS，不符合震动震惊的人数。他得出结论，ISO10137（ISO 2007）推荐的乘数为60的活跃人士计算行人天桥可接受的振动是过量的，必须减少到24（减少60％）。然而，在最近的一篇文章中，Czwikla和Kasperski（2014）发现了现场测试结果与ISO10137（ISO 2007）对行人天桥振动可接受性的规定之间的完美一致。

Barker（2007）讨论了使用振动剂量进行人行桥舒适性评估和评估的重要性。 他强调了振幅评估的幅度和持续时间的重要性.Barker建议使用加速度的均方根（RMQ）进行振动可维护性（RMQ是VDV的变化，但与VDV不同，其平均响应）。

Živanovic和Pavic（2009）采访了100位随机选择的行人关于他们穿越人行桥时对振动的反应。 他们找不到行人的主观反应和被测振动之间的直接关系。 他们认为这是行人间的变异性和环境差异。 然而，他们确实发现ap，武器（加速度RMS），MTVV和VDV之间有很强的相关性。从本研究的结果来看，他们提出了一种用于评估和评估人行桥振动的概率方法。

Ingolfsson等（2012）研究了人行道行人天桥振动的评估和评估。他们发现在各种设计指南中的行人天桥振动评估方法在容许极限和频率依赖性方面都有很大差异。他们进行了一项实验研究，使用了一些穿过人行桥的横向振动，并记录了感觉到的振动的主观评级。行人天桥横向和扭转灵活，具有明显的振动。它具有2.11Hz的基本频率和频率低于9Hz的22个模式。他们计算测量振动的VDV（测量的加速度由模态形状振幅加权以找到每个行人经历的振动），并使用BS 6472-1（BSI 2008a）和ISO 10137（ISO 2007）中的住宅建筑的推荐限值）0.4-0.8m / sec1.75（不利评论可能）和0.8-1.6m / sec1.75（不利评论可能）16小时的日常暴露。他们发现，大多数进行的测试中，振动的主观评估证实了使用VDV的评估结果，这表明对于大多数行人（30个中的23个），振动范围在不同的评论范围内可能。这是一个重要的发现，因为根据ISO 10137（ISO 2007），欧洲规范第1号（BSI 2008b）和SETRA（2006）的英国附件限制了振动是不可接受的范围。本文还得出结论，早先的震动经验，人们的期望等问题可能会影响主观评级。

CF行人天桥的振动评估与评估

如前几节所述，大多数设计指南和标准建议使用基于时域的技术和峰值加速度进行行人天桥的振动评估。 也表明推荐的可接受限度有很大差异。 VDV提供了更一致和可靠的振动评估方法（Griffin，1990）。 尽管已经使用VDV（Barker 2007;Živanovic和Pavic 2009; Ingolfsson等人2012）对人行桥振动进行了几次尝试，但是没有提出振动评估的限制。 以下部分将试图根据对CF行人天桥进行的测试进行分析来确定此类限制。

步行测试

为了检查VDV和其他评估参数（如ap，aw，p（峰值频率加权加速度）和MTVV）之间的关系，并且为了定义VDV限制，在16个帮助下进行了一些步行/跑步测试 志愿者（9名女性和7名男性）平均年龄20岁。 他们在行人天桥上的动作由节拍器同步。 两个观察者（一个男性和一个女性）沿着结构的两个边缘仍然停留，如图4所示，当人们越过行人天桥时，提供他们对振动的主观评估。 在开始步行测试之前，在3.35Hz测量观察员站在其位置时行人天桥的第一模式共振频率。 十六个加速度计放置在桥段的甲板上，如图4所示，测量垂直方向的振动。十五名志愿者（八名女性和六名男子）以四种不同的速度越过整个行人天桥：（1）101（3.35 / 2〜60）步/分（spm）（人行桥共振频率的第一次谐波），（2）201 （3.35〜60）spm（共振频率），（3）120 spm（平均正常步行速度）和（4）随机。对于每个速度，重复测试，一人三人跨过整个行人天桥，有两个例外（1）对于101和201 spm，进行了另外测试，其中有7人穿过​​整个人行桥;和（2）在201 spm的七人测试之后，观察者和行人对振动表示非常烦恼。决定不以这个速度与七名行人重复测试。观察者使用了7点的李克特式尺度来评估他们感觉到的振动，因为人们越过行人天桥：1 =不可察觉，2 =有些可感知，3 =可感知，4 =有些不舒服，5 =不舒服，6 =有点烦人，和7 =恼人。图5显示了行人天桥在步行测试期间观测站所处的最大测量加速度。这些震动是由七名穿过人行天桥的人造成的。

记录测量分析和振动限幅

使用三种标准Wk [ISO 2631-1（ISO 1997）]，Wm [ISO 2631-2（ISO 2003）]的频率加权函数和Wb（ISO 2003）中的加权加速度aw（t） 和Wg [BS6472-1（BSI 2008a）]。 此外，峰值加速度的大小，ap; 峰值加速度的大小，aw，p;加权加速度（MTVV）的最大1-s运行RMS，以及每个记录的VDV。

图6显

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