人行钢板桥加速度传递函数分析

清水木木 2021年8月16日浏览：2392 评论：1 收藏：6

一、算例背景及分析技术

近年来工程结构振动舒适度问题逐渐引起社会关注。一是由于周边环境的改变导致结构振动响应放大，如地铁行车振动导致周边建筑振感明显等；二是新建工程由于设计考虑不全面导致的大幅度振动，如城市人行天桥改造搭建的临时钢板桥（见图1），由于结构刚度小、跨度大、人行荷载密集且周期化导致加速度响应剧烈，加之人体对加速度变化较敏感，因此容易引起不适。

图1 简易临时人行钢板桥

本案例使用ABAQUS对人行钢板桥进行随机响应分析，并采用plug-ins插件对桥面中部加速度响应进行分析，提取桥面敏感点加速度传递函数。

案例涉及的相关技术：

①abaqus随机响应分析；

②plug-ins插件编写；

③ODB数据处理分析。

计算报告编写采用操作引导式，希望能为读者使用ABAUQS进行线性动力分析提供有益参考。操作分析要点为：

①ABAQUS随机响应分设置；

②plug-ins插件编写；

③ODB数据提取模型传递函数。

二、计算任务

1.模型装配及接触连接

计算模型为简易人行钢板桥模型，见图2。模型包含两个part，分别为桥面板和端部支座。桥面板长6m，宽4m，厚70mm，厚度略厚以模拟真实人行桥桥面下的钢筋架和加劲筋刚度。端部支座为Z字型截面，肢长627mm，肢宽375mm，肢厚50mm。桥面板和端部支座材料支座均采用Q345钢材，对钢材密度略作调整弥补钢板厚度调整引起的质量变化，材料参数见图3。

支座下表面与参考点采用Coupling连接，见图4；桥面板与支座每边设置两个连接点，采用fastener模拟焊接，见图5。

图2 简易人行钢板桥模型

图3 Q345材料模型

2.分析步设置

随机响应分析需要分两个分析步完成，第一分析为频率分析（Frequency），第二分析步为随机响应分析（Random response）.

1) 单击Create Step，选择Linear perturbation中的Frequency；选择 Lanczos；设置分析 30个频率（30 eigenvalues）；在Other选项卡中采用质量归一化（normalize the eigenvectors by Mass），见图6。

2) 单击Create Step，在Frequency分析步后创建随机响应分析步：单击Create Step，选择Linear perturbation中的Random response；在Basic选项卡中设置lower frequency为1， upper frequency为150，number of points为10，bias factor为3。（频率上下线限的设置应包含感兴趣的频率段，本例如此设置是因为先进行了频率分析，确定第一频率为9.03Hz，第十八阶频率为149.33 Hz）。在Damping选项卡种设置Specify the damping over ranges为Modes，在 Direct modal 勾选Use direct damping data，设置1至30阶模态Critical Damping Fraction均为2%（因为是钢结构简易桥），见图7。

图6 频率分析步设置

图7 随机响应分析步设置

3) 本例的最终目的是得到桥面中间处与支座间的加速度传递函数，为了方便输出首先在桥面中加点建立名为“OUT”的节点集合（nset）,见图8。

图8 输出节点集示意

4) 单击Create history output为节点集“OUTPUT”创建竖向加速度“A3”历史输出见图9。

钢板桥的随机激励是沿整体3轴作用的基本运动PSD加速度。两端支座都固定在大地刚体上，实际激励是人行荷载。本例的分析目标是提取支座固定点与桥面板中点之间的加速度传递函数。桥面板中间点是桥面中敏感位置之一，因此在支座处施加随机激励可以认为是桥体振动舒适度的一种简化分析。

5) 定义PSD激励谱曲线，单击菜单栏tools下的amplitude选项，单击Create创建名为PSD的类型为PSD Definition 幅值曲线，设置单位为重力加速度，参考值设置为9.8（本例模型长度单位是m），分析频率段（1-150Hz）幅值均为1（无实际对应，仅方便后期结果处理），见图10。