人行桥的TMD减振优化设计研究_樊健生.pdf

第29卷第9期Vol.29No.9工程力学

2012年9月Sep.2012ENGINEERINGMECHANICS133

文章编号：1000-4750(2012)09-0133-08
人行桥的TMD减振优化设计研究

1,221,2
樊健生，陈宇，聂建国

(1.清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084；2.清华大学土木工程系，北京100084)

摘要：振动舒适度是设计大跨轻质人行桥时需要解决的关键问题之一。采用调谐质量阻尼器(TMD)，可以有效
降低桥梁在行人激励下的振动反应。该文基于分布参数法，提出了单跨和多跨人行桥采用STMD及MTMD减振
系统的动力反应通用时程计算方法。在此基础上，以均方根加速度作为衡量标准，研究了单跨和多跨梁式人行
桥-TMD系统中TMD布置位置、系统最优频率比与最优阻尼比的优化取值和减振效果等问题，提出了相应的设
计建议，并通过数值算例进行了验证。
关键词：人行桥；步行荷载；均方根加速度；动力反应；TMD
中图分类号：U441+.3文献标志码：Adoi:10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0826

OPTIMUMDESIGNOFTUNEDMASSDAMPERFORFOOTBRIDGE

FANJian-sheng1,2,CHENYu2,NIEJian-guo1,2

(1.KeyLaboratoryofCivilEngineeringSafetyandDurabilityofChinaMinistryofEducation,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;

2.DepartmentofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:Withthetrendtowardsmorelighterandslenderfootbridges,thevibrationserviceabilityismore
criticalindesign.Thetunedmassdamper(TMD)hasshownahighefficiencyinreducingtheexcessivevibrations
underdynamicloadsinducedbypedestrians.Basedonthedistributedparametermethod,ageneralmeasureto
calculatethedynamicresponseofafootbridge-STMDsystemorafootbridge-MTMDsystemissuggested.The
efficacyofTMDincontrollingfootbridgevibrationunderwalkingloadsisexaminedaccordingtothe
root-mean-squareacceleration,andtheoptimalplacementandparametersofaTMDsystemarediscussed.The
proposedmethodisalsoverifiedbynumericalexamples.
Keywords:footbridge;walkingload;RMSacceleration;dynamicbehavior;TMD

为解决行人与机动车的平面交叉问题，人行到比较严格的限制时，单纯通过优化人行桥结构
桥在我国城市建设中得到了广泛应用。随着桥梁本身有时仍不能避免其过量振动，此时一种有效
跨度、桥下净空和美观等要求的提高，人行桥越来的做法是在人行桥中增加谐调质量阻尼器(TMD)等
越多地采用高强轻质材料，桥型也向轻巧和纤细装置，进行消能减振处理。
方向发展[1―2]。由于结构刚度和阻尼的降低，人行TMD是由弹簧、阻尼器和质量块三者组成的
桥对行人、车辆等激励越来越敏感，由此引发的减振装置，如图1所示。在主要结构上增设TMD
过量振动可能造成桥上行人的恐慌或不适。通过的目的是将振动能量向TMD中传递，并通过TMD
人行桥优化设计，选择合适的跨数、跨度、结构中的阻尼器耗散。TMD属于被动控制减振装置，
材料和截面尺寸可以减小甚至消除桥上行人因振其动力特性在安装完毕后很难改变、更不能实现
动产生的不舒适感[3]。但当人行桥的截面和跨度受自动调节，因此TMD的减振作用实际只对一定频
———————————————
收稿日期：2010-11-15；修改日期：2011-05-30
基金项目：长江学者和创新团队发展计划项目(IRT00736)
通讯作者：聂建国(1958―)，男，湖南人，长江学者特聘教授，博士，从