随着中国经济的发展，人们越来越注重生活的品质，注重身体与心理协调发展。工作之余，越来越多的人结伴选择以亲近自然的方式去愉悦身心。在风景区和一些景观桥梁，多选用人行缆索承重桥梁结构，因此这类桥梁成为人与自然交流的重要载体。人行缆索承重桥梁相比大跨度公路/铁路缆索承重桥梁，结构更轻柔，设计载荷亦有不同，因此表现出不同的力学特性。
本团队针对人行缆索承重桥梁，以“人行缆索承重桥梁：结构体系、荷载效应及减振设计”为本期综述的主题，从人行缆索承重桥梁“结构体系”、“荷载效应”及“减振设计”三个方面，对国内外科研工作者的成果进行整理归纳，并针对综述内容提出后续研究的建议，以期明确待解决的问题，为本领域今后的研究及工程实践提供参考。
“麻雀虽小，五脏俱全”，人行缆索承重桥梁结构轻巧，构造简单，但振动过大、容易失稳等复杂的结构力学问题常制约着结构建造。轻巧的人行缆索承重桥梁容易发生人致振动问题，另外，建造于山区峡谷中的人行桥，遭受风荷载较大的影响。设计此类柔性桥梁时，应重点考虑行人及风荷载效应，并且应考虑适当的减振措施。本文主要从这些点出发来整理2021年的相关研究报道，确定的分项主题包括：人行缆索承重桥梁“结构体系”、“荷载效应”及“减振设计”，笔者能力有限，整理遗漏与评述不当之处，敬请指正。
大跨度人行桥梁有悬索、斜拉、拱结构及其组合结构形式。本文主要调研收集了2021年一些造型奇特而又充满美感的人行缆索承重桥梁，可为后续该类型桥梁设计提供参考。
Nie Ruifeng等[1]进行了一座斜拉曲线桥的设计及性能评估研究。青岛奥帆中心彩虹景观桥(图1)位于青岛浮山湾河口，这是一座斜塔-拉索-曲线梁结构的专用人行天桥，桥塔是一座26.981米混凝土斜塔，两座桥台间直线距离59.5米，人行通道宽度5.0米。
Zhu Guangchuan等[2]针对超大跨度弧形桥面人行景观桥，提出了一种Lissajous弧形拱肋、双曲形桥面的拉索-拱组合结构桥梁(图 2)。其平面正投影为Lissajous曲线图，拱肋之间的拱脚索和上部空间索安装在Lissajous空间曲线拱肋上。多组空间索相互配合，相得益彰，通过分析研究验证了其结构性能的合理性。
Wu Yanru等[3]对一座无背索的拱塔斜拉人行天桥(图3~图4)进行了研究，该桥由60米长的悬臂梁和钢筋混凝土拱塔组成。玻璃桥面由拱塔、大梁和固结基础组成的悬臂结构体系支撑。上倾角为30°的拱塔通过桩锚嵌入山体中，下拱塔嵌入山体中倾斜45°。
图4 无背索的拱塔斜拉人行天桥立面图和平面图（单位：m和°）
Attilio Quadrino等[4]研究了一座玻璃钢(FRP)斜拉人行天桥(图5)，该桥的六跨桥梁总长度为 185 m。论文对该桥方案、行人舒适度、节点和缆索系统进行了介绍和讨论。
Ji
ang Tao等[5]根据湖景公园超大跨度步行景观斜拉桥的设计要求，提出了一种三塔斜拉桥结构体系(图6)。观光桥塔结构和鸭蛋拱桥塔取代了传统的斜拉桥塔结构。有限元数值模拟表明：观光塔结构与斜拉桥塔结构合二为一，二者具有良好的结构匹配性。
叶剑等[6]以株洲县渌口人行悬索桥为例，设计采用外倾式门架形桥塔、正索鞍斜置技术使主缆与吊索形成三维空间索面。采用的桥塔及索鞍构造不仅有利于桥梁横向稳定，而且塔型新颖美观。在桥头狭窄空间布置预应力岩锚锚碇，解决了锚碇布置难题，有效节约了建设成本。
刘世忠等[7]报道了厦门山海健康步道节点二桥梁(图7)，该桥采用单塔单索面曲线悬索桥，跨径布置为 216.7m+10m，全长226.7m，平面位于半径172m的圆弧上，边跨10m位置设辅助墩。主梁采用扁平钢箱梁，梁高1.2m。主梁为空间曲线，两端与桥台刚结。
杨晖柱等[8]介绍了一种空间整体张拉式悬索桥(图 8)，该桥主跨加劲梁竖曲线为圆弧，空间曲线主缆与索塔均朝横桥向外侧倾斜。摇摆索塔由倾斜的桅杆与背索组成，缆索、桅杆及加劲梁共同形成了稳定的空间整体张拉结构系统。
陈杰等[9]报道了一座连续多跨曲线人行桥(图9)，该桥整体结构由梭形钢桁梁和杯形桥塔通过斜拉索相连，主桥跨径布置为（30+24+40+44+44+40）m，形成六跨藕节形连续桁架。
侯满等[10]对三亚海棠湾人行景观斜拉桥(图10）总体设计进行了研究。该桥全长约230m，为不对称地锚背索-桅杆式钢斜塔斜拉桥。桥塔为钢斜塔，倾角60°，塔底设置万向铰，释放塔底各向弯矩。主跨的斜拉索锚固在主梁上，边跨背索锚固于地锚上，全桥共布置4对背索、9对主梁拉索。
秦格等[11]介绍了景区人行悬索桥的特点及应用、人行悬索桥的结构分类及受力特点。如图 11，景区人行悬索桥结构体系有吊挂式结构体系、综合承重体系及单边支承式结构体系。
Zhang Kexin等[12]对新近建成的东兴T型人行悬索桥(图 12)进行了全面的施工监测和荷载试验。施工监测表明，结构的最大应力和位移较小，验证了设计、规范和施工的准确性。监测试验方案可为今后人行悬索桥的设计和施工提供参考。
Li Biqing等[13]根据三叉形峡谷人行景观斜拉桥的景观要求，提出了一种蛋形拱桥塔的人行景观斜拉桥(图 13)，并介绍了蛋形拱桥和三叉形曲线桥面两种空间曲线设计元素。建立了Midas有限元分析模型，进行了静力分析和动力模态分析，验证了蛋形拱塔三叉形人行景观斜拉桥具有良好的受力性能。
Kazuhiro Miyachi等[14]对S形曲线梁的斜拉人行桥(图 14)进行了研究。该桥结构构形来源于人的行为形式，比如握手、握剑。“握”给人“牢靠、紧固”的感觉，将这种行为意识带入桥梁设计中，于是生成了S形曲线梁斜拉人行桥。对设计方案的静动力特性进行计算分析，验证了拟建桥梁的安全性。
经过上述文献调研，2021年人行缆索承重桥梁的结构体系包含了悬索、斜拉、拱结构及其组合结构形式，表现出异形、大跨度、轻柔的结构特点。人行缆索承重桥梁结构体系将会朝着结构复杂、充满美感、更加实用、与周围环境相协调的方向发展。
本小节主要考虑人行荷载和风荷载产生的荷载效应，2021年对人行缆索承重桥梁对行人荷载效应做了较多研究，对风荷载效应研究相对较少。
行人荷载作用于桥面，会产生竖向、横向及纵向振动响应。目前研究表明，对于人行桥结构性能产生不利影响的是行人引起的竖向及横向振动响应。2021年，针对人行缆索承重桥梁竖向及横向振动响应均做了研究，采用人致振动测试试验、有限元仿真及数值解析研究方法，获取结构的振动响应以及进行舒适度评价。
Piotr Górski等[15]利用加速度计测量了不同工况下行人引起人行桥的竖向振动响应。试验中行人活动分类及跳跃位置如 图 15及表1。最后根据Sétra 规范和测量的峰值加速度值进行对比，进行舒适度评价。结果表明，行人跳跃引起的峰值加速度＞行人摇摆＞跑步＞快走＞正常走，并且行人跳跃和摇摆引起的峰值加速度超过了Sétra规范规定的限值，舒适度评价不合格。
秦格[16]通过数值计算和现场测试的方式，针对河北省平山红崖谷景区索承式人行悬索桥进行人致振动研究。如图 16，试验测试考虑了多种行人活动工况，包括：单人原地踏步、行走、奔跑、跳跃；6人原地踏步、行走、奔跑、跳跃、水平摇晃；15人原地踏步、行走、奔跑、跳跃、水平摇晃。图 17列了部分试验结果，在15人，步频为3.0Hz原地跳跃的工况下，竖向峰值加速度根据Hivoss规范属于“不可接受”级别。在平路段15人水平摇晃工况下，水平峰值加速度根据Hivoss规范属于“不可接受”级别。
单积明[17]对某景区跨径178m 的单跨玻璃悬索桥进行人致振动试验。根据河北省颁布的《 景区人行玻璃悬索桥与玻璃栈道技术标准》（DB13(J/)/T264-2018)进行舒适度评价，具体结果如表2。
陈杰等[9]以某连续多跨曲线人行桥为例，利用ansys有限元分析软件，参考德国EN03（2007）舒适度评价方法，研究了桥梁在不同人群荷载激励下的振动响应。结果表明，与人群均布作用方式相比，非均布作用引起的竖向振动响应更大，对于侧向振动，在均布作用下响应较大。
Kazuhiro Miyachi等[14]依据Hivoss规范利用有限元软件对S形曲线梁的斜拉人行桥进行了人致振动计算并进行舒适度评价。结果表明行人产生的振动响应为中等舒适性这一级别。
Wu Yanru等[3]通过ansys有限元仿真，依据Hivoss规范，计算了无背索拱塔斜拉桥行人过桥时的振动响应并对舒适性进行评价。由图 18表明，由于模态质量较小，结构一阶横向和二阶竖向振动的最大加速度分别为0.254和1.039 m/s2，均高于相应的舒适度等级1阈值：0.1和0.5 m/s2 ，为中等舒适性这一级别。
图 18 桥跨中的竖向和横向加速度响应：(A)横向和(B)竖向
刘世忠等[7]以单塔单索面曲线悬索桥为背景，根据德国EN03规范计算行人激励下振动响应，分析了行人产生的峰值加速度和侧向锁定临界人数。由图 19可知，第十阶和第十五阶模态竖向加速度峰值分别为：2.127m/s2和3.778m/s2，根据表3舒适度等级分别为“最小接受程度”和“不可接受”。第七阶侧向锁定临界人数为236人，小于设计人数1235人，需进行减振设计。
Chen Zhou等[18]考虑了结构几何非线性的影响，基于力与速度关系建立了非线性横向参数振动数值模型。针对伦敦千禧人行桥，利用Galerkin法建立参数振动方程。利用多尺度方法对人行桥系统的参数振动进行了理论和数值分析。通过计算伦敦千禧人行桥在参数振动过程中的临界行人数、幅频特性和相频特性，找出造成人行桥大范围振动的原因。此外还研究了振动幅值的影响参数，模拟了行人在人行天桥上行走的全过程桥梁的动力响应。最后，研究了时滞对系统参数振动的影响。
Han Huixuan等[19]基于耦合振子理论，提出了一种新的双向步行人桥相互作用模型，运动模式如图 20，桥上行人数量随时间增长规律如图 21。利用模态展开法推导了时变非线性动力学方程。将该模型应用于伦敦千禧大桥的北跨，产生了较大的横向振动，计算结果与已有观测结果的一致性，验证了该方法的可靠性。另外对桥梁横向振动进行了参数研究，包括行人步行步态频率、人群对桥梁运动的敏感度、桥梁频率、桥梁阻尼和不同荷载条件等参数。
在依据各国现有规范进行人致振动计算时，行人被视为所施加的载荷，最近的研究指出，将行人建模为动态系统更接近实际情况，即考虑人-桥相互作用。Pawe? Hawryszków等[20]以竖向振动为例对此进行了探讨，以两跨斜拉人行桥为试验对象，测试了单人及小组人群过桥时对结构的振动响应(图 22)。将行人分别考虑为载荷和动态系统求得人行桥振动响应解析解，并比较了数值计算结果和实验的振动响应特征。相比较将行人作为载荷时，当行人考虑为动态系统时，峰值加速度和均方根加速度分别降低了25%和20%(图 23)，减小幅度与行人数量有关。行人与结构的相互作用是人行桥振动可靠性设计的重要考虑内容。
图 23 行人过桥振动响应：力模型、动力系统及试验
目前，评估人行桥振动舒适度的方法大多以加速度限值为准，而非舒适等级与行人振动忍耐能力之间的具体关系。Chen Deyi等[21]提出了一种基于行人振动承受能力和人行桥振动响应的行人振动舒适性灵敏度计算模型。根据概率统计原理，建立了“人体抗力”和“振动效应”的概念，振动效应分布如图 24。对两跨连续的中承式人行桥进行了人致振动现场测试试验(图 25)，结果表明，灵敏度值符合国际振动舒适性标准，提出的灵敏度理论可用于行人诱导的人行桥振动舒适性定量计算。
风荷载对人行缆索承重桥梁主要会造成静风失稳及风致振动，根据收集的文献，2021年对人行缆索承重桥梁风场特性、静风稳定性、颤振、抖振等方面均做了研究。针对人-风荷载耦合效应研究较少，这也是后续需要进行研究的方向。
S. D. Salenko等[22]针对FPR人行悬索桥的气动特性进行了研究，研究了风洞中主梁新截面的气动特性，并与Ansys CFX软件包中的数值计算结果进行了比较，研究确定了上部结构梁壁渗透率对流型影响的阈值特征、结构近尾流中回流区的特征及其气动特性。
Fabio Rizzo等[23]研究了基于人工神经网络的替代模型在预测支撑双曲抛物面屋盖的索网风致垂直位移和人行悬索桥颤振速度方面的最新应用。研究表明，基于人工神经网络的模型使用风洞数据和数值结构分析进行训练，可以预测结构响应，误差不超过10%。
Wu Yanru等[24]针对一座无背索斜拉人行天桥通过节段模型试验和数值模拟，采用增量双迭代法分析了结构和静风荷载、扭转角沿桥轴线的不均匀分布以及初始迎角对主梁静风系数的影响。
António Tadeu等[25]分析了516阿鲁卡大桥（Arouca bridge）的风荷载效应，采用k-ω剪切应力传输（SST）模型求解稳态雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程进行了模拟。对不同桥面结构(图 26)进行了仿真计算，利用缩尺模型进行了不同的风洞试验(图27)，验证了数值计算结果，结果表明风迎角的变化会引起升力和阻力系数的一些变化，将导向拱和次拉索添加到桥面会略微增加阻力系数。
图 26 不同的桥面构造模型(a)带有扶手和防护结构(b)带有扶手、防护结构和二次主缆导向拱(c)带有扶手、防护结构、二次主缆导向拱及次拉索
唐剑明等[26]以主跨460m的柔性人行桥为对象，研究了大跨人行悬索桥由横向风引起的振动舒适性问题。利用谱表示法生成不同湍流强度下的脉动风时程，通过横风作用下的非线性抖振响应时域分析，比较自激力和结构阻尼对抖振响应的影响，分析了湍流强度对抖振响应的影响。
景观桥由于造型复杂，风洞试验不宜采用节段模型对其气动力特性进行研究。刘小兵等[27]以国内一座拟建的异形景观桥为工程背景，通过全桥刚性模型测压风洞试验测试并研究了带遮阳篷的变截面曲线主梁和带观景平台的变截面倾斜桥塔的气动力特性。
宋佳玲[28]以某一实际桥址区的 Y 形汇流谷为研究对象，采用风洞试验(图28)、现场实测和数值模拟三种方法对其风场特性进行研究，得到平均风速、风向、风攻角和湍流度等风特性受地形的影响程度和分布规律。并通过风洞试验验证的数值模拟方法对简化的 V 型沟谷地形的风场特性进行计算，得到沟谷的坡度、转角、来流风向等对沟谷地形风场特性的影响。
Li Yu等[29]针对一座大跨度人行悬索桥，建立了人行天桥系统的截面模型，并进行了风洞试验(图 29)，研究了行人密度(ρ)、行人排列和风攻角(α)对人行悬索桥的阻力系数(CH)、升力系数(CV)和俯仰力矩系数(CM)的影响，行人模型如图 30。研究了行人密度和行人排列对人行悬索桥空气静力响应(图 31)的影响。结果表明：1)随着ρ的增大，空气静力响应增大；2)ρ≤为0.5人/m2的行人排列对空气静力响应的影响可以忽略不计，而ρ>0.5人/m2的行人排列和较大的挡风面积对空气静力响应有不利影响。
图 31 四种人行密度人行天桥的截面模型:(a)0.2人/m2(B)0.5人/m2(C)1.0人/m2(D)1.5人/m2
孟万晨[30]借助 ANSYS 有限元软件编制了考虑瞬时风攻角的桥梁三维抖振时域分析程序。建立风-人-桥耦合模型(图 32)和风-桥耦合模型，对比不同工况下两种模型的跨中峰值加速度和舒适度评估结果，结果表明考虑风-人-桥耦合作用对复杂工况下人行悬索桥振动舒适度评估有著影响。
(1)人行缆索承重桥梁有限元仿真计算中主要以规范规定的一种均布荷载施加。实际上人群是一种随机运动，结合试验对于人行缆索承重桥梁在随机人群运动下的振动响应仍需研究。
(2)人行缆索承重桥梁结构轻柔，往往各阶模态较密集，同一步频可能会使不同的模态均有较大振动，利用目前的规范计算时，只针对某一个振型计算，对于模态叠加引起的振动放大效应仍需进一步研究。
(3)根据上述文献中的行人振动响应的测试试验发现主要关注了人群步速、步态、行人数量等因素，由于人行缆索承重桥梁的部分娱乐功能，行人可接受的舒适度水平可能会有所不同。今后对于舒适度的工作可考虑行人步行在透明材料表面上的心理感受、行走时的环境噪音等因素。
人行缆索桥的减振设计主要分为主动减振和被动减振。主动减振主要从结构自身入手，通过改变结构构造来提高抗振性能。被动减振可通过设置阻尼器以达到减振效果，人行缆索承重桥梁多采用调谐质量阻尼器。2021年，针对人行缆索承重桥梁人致振动的减振是关注的热点，风致振动减振的研究较少，相关内容如下：
M. Acito等[31]对意大利的一座人行悬索桥进行了减振策略研究。根据Sétra 规范，多个振型位于行人步频临界范围1.65-3.50 Hz内，峰值加速度高于Sétra 规范建议的2.50m/s2最低舒适性的限值。因此，在桥面上安装了五个调谐质量阻尼器(TMD)，TMD布置如图 33，而且对TMD所提供的阻尼作用进行数值评估，并研究替代TMD的减振策略。
第一个策略是通过增加四根斜拉索将A型塔顶连接到桥面上来实现的，如图 34，此方式能够将行人的振动响应限制在2.50m/s2范围内。第二个策略是TMD和斜拉索的组合，通过添加四个倾斜拉索和先前安装的五个TMD中的两个来进行减振。组合模式能够较大的降低加速度值，但是人行桥的自振频率也同样会落到行人步频范围内。
张彦玲等[32]以某景区人行玻璃桥面悬索桥为背景，分别建立了竖直吊杆和倾斜吊杆模型，分析了不同吊杆形式对人致振动响应的影响(图 35)，并基于德国EN03规范对舒适度进行评价。结果表明，相较于数值吊杆模型，倾斜吊杆模型的横弯和竖弯加速度数值均有所下降。两种吊杆模型的横向舒适度综合评价相同，对于竖向舒适度综合评价倾斜吊杆模型更优。
刘世忠等[7]对单塔单索面曲线悬索桥采取调谐质量阻尼器进行减振设计，并对减振方案进行优化设计。安装调谐质量阻尼器后，根据德国EN03规范桥梁基本满足CL1舒适性要求。
Gong Ming等[33]针对景区人行玻璃桥面悬索桥，进行主动减振与被动减振设计。主动减振方式为改变桥面铺装荷载、中央扣布置形式及抗风缆预拉力，被动减振则设置了调谐质量阻尼器(TMD)。通过研究发现改变结构参数只能部分提高人行桥的振动适用性，安装TMD更有效。
桑建设等[34]为提高某景区大跨悬索桥的颤振稳定性，采用了4种气动措施方案进行试验对比 ：方案一，加1道下中央稳定板，高度与底部的横梁平齐；方案二，向下方增加方案一中央稳定板高度的1/3；方案三，在加劲梁两侧加2道下稳定板，距离吊杆中心线0.3 m；方案四，沿栏杆下部封一半栏杆，使下部栏杆不透风。结果表明，板式加劲梁人行悬索桥的颤振临界风速较低，即使采用下拉抗风索方案也应注意人行悬索桥的颤振问题。
唐剑明等[26]讨论了不同设计参数的中央扣和抗风缆对桥梁抖振响应的影响。根据中央扣数量分为 B-1~B-5 的5种模型，抗风缆的截面积分别按增加 1 倍（C-1）和 2 倍（C-2）建立模型。结果如图 36~图 37所示，中央扣能够明显减小 1/4 跨和 3/4 跨的竖向振动，适当设置中央扣对人行悬索桥有较好的竖向减振效果。增大抗风缆的截面积可以减小桥梁的竖向抖振响应，对跨中横桥向的抖振响应减振效果明显。
主动减振和被动减振措施均会改变结构固有频率或者振型，导致人行诱导响应的趋势存在一些不确定性，减振措施还需更具有针对性。对于风荷载效应主要采取了主动减振措施，减振措施研究尚不全面。
2021年，人行缆索承重桥梁振动计算理论得到了持续的发展，对此的认识及展望如下：
(1) 人行缆索承重桥梁人致振动计算时主要以规范规定的一种均布荷载施加。实际上人群是一种随机运动，结合试验对于人行缆索承重桥梁在随机人群运动下的振动响应仍是一个重要的研究方向。
(2) 人行缆索承重桥梁结构轻柔，往往各阶模态较密集，同一步频可能会使不同的模态均有较大振动，因此对于模态叠加引起的振动放大效应仍需进一步研究。
(3)由于人行缆索承重桥梁的部分娱乐功能，行人可接受的舒适度水平可能会有所不同。今后对于舒适度的工作可考虑行人步行在透明材料表面上的心理感知、行走时的环境噪音、行人间的相互影响等因素。
(4)主动减振和被动减振措施均会改变结构固有频率或者振型，导致人行诱导响应的趋势具有一些不确定性，对于风荷载效应的减振措施研究还不全面。对人行缆索承重桥梁的主动、被动减振设计仍需结合经济性、有效性、针对性进行进一步研究。
内容源于网络，如有侵权，请联系删除
相关资料推荐：
https://ziliao.co188.com/d62621632.html
知识点： 人行缆索承重桥梁：结构体系、荷载效应及减振设计
全部回复（0 ）
只看楼主 我来说两句抢沙发