红门人行桥

• 新型斜拉人行桥/循环公路悬索桥
  

• 整体桥梁和索局部连接构件的的详细建模

• 行人脚步声和行人舒适度的分析比较，确定**的加速度值。

美国咨询公司，Benesch用LUSAS桥梁软件来协助设计新型的缆索循环人行天桥，该红门路桥穿过圣查尔斯，伊利诺伊州北部的部分福克斯河。对一个分段安装施加荷载和灵敏度分析来获得主梁上拱度值。通过极限荷载评估，特征值分析和循环人行桥的行人脚步声对结构的影响分析来确定调谐质量阻尼器系统的*终安装。

概述

连接IL31和IL25两条干线,穿过了北部的圣查尔斯和芝加哥西部的伊利诺伊州。双车道公路桥在2012年竣工并且对外开放，该桥通过混凝土桥墩来支撑这座新型的斜拉人行天桥。由于竣工时间延后，在2013年6月正式投入使用。该桥行人和自行车的车道分开，可以参观各种森林保护区和该区域的试验。

该桥由四个跨度为150英尺（45.7米）和两个66.3（20.2米）英尺锚跨组成。西部的锚跨和相邻跨弯曲半径为575英尺（ 175米）。钢悬挂结构由两个主要的W24x104(610mm深x 324mm宽x 150千克/米）纵向加强“I”梁，间隔14.6英尺（4.4米），W12x 30（315毫米深x 165毫米宽x 45千克/米）的横向层“I”梁间距在7.6英尺（1.47米），横向支撑。12-10（3.9米）宽的桥面板是一个7英尺（178毫米）厚的非复合作用的混凝土板，金属波纹投射在两横梁的横跨上。三根缆索，每一根都连接到上部和下部锚固，支撑每端的纵向梁。在缆索连接位置的横梁W24x62（603毫米深x178毫米宽x94千克/米）的”I”梁是为了减少支撑索的横向倾斜产生的扭力。缆索固定在桥墩外面的主梁和缆索的垂直平面内的很像倾斜度为8.5度。桥墩本身倾斜7度来配合流动的河水，这需要对上部和下班的固定板进行仔细的描述和定位。

桥墩的截面示意图                                                                            钢桥装前的道路桥梁

LUSAS建模

参照2010 AASHTO桥梁设计规范第五版，以及2009 AASHTO人行桥指南规格的设计标准，用LUSAS对结构的行为进行评估。分析包括自重，行人活荷载，H10车辆荷载，风荷载，由极端事件导致的不平衡荷载如偏心行人的加载和缆索的破坏。一个完整人行桥的建模可以用厚梁单元来代表人行桥的钢结构，杆单元代表缆索，用厚壳来模拟混凝土桥面模型。支撑条件想匹配的结构与桥墩模型只有一个垂直反应，桥墩1,3,5的扩张轴承和桥墩2和4的固定轴承都可以使其进行纵向活动。当创建完成后，施加一个荷载来确定**因素锚索轴力以及**工作荷载。用LRFD对电缆进行强度测试和分析，发现电缆都满足这两个要求。对结构进行了静力分析，包括风对结构的影响。在模型中，安装桥面板产生的位移确定了2-1/8"（54毫米）的预拱值主梁。

LUSAS模型中显示的每个桥墩和钢结构框架的布置

上部和下部锚固连接

上下锚固连接各部分截面的钢板组件。上部连接的主要目的是避免避免传输任何力到混凝土桥墩，所以，为了达到这个效果，6个剥落直径为1英尺（25毫米）高强度杆，通过桥墩到另一端的锚具组装，从而转移了相邻桥墩上锚固板的压缩力。剪切力转移到桥墩是通过剪力钉焊接到安装板的背面。一个LUSAS上部锚固模型帮助验证了杆剥落层的应力和压缩力。电缆的下端连接到主梁是采用锚固组件用螺栓固定在梁的上翼缘开桥插座。

上下部电缆连接                                                                       LUSAS模型中的上部电缆连接组件

灵敏性分析和极端荷载评估

许多采用LUSAS进行敏感分析是为了能更好的了解结构和变量相互影响的整体行为。其中包括横向地板横梁的连接固定性；研究梁的真实偏心对桥面板和电缆的连接点模型的整体行为影响；并对不不同垂直和水平位置的电缆连接进行建模，分析对电缆的影响。对于后者，这是桥墩3个连接点和电缆锚固之间水平距离的正确建模比直接用每个厚梁单元代表桥墩，来得更加逼真，结构来得更加准确。

除了强度，适用性，和灵敏度检测，对极端荷载事件如行人电缆的偏心加载和损失也进行了评估。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　电缆连接的真实位置建模

    　        满载行人的跨和一个相邻的空跨                         一侧桥面板的偏心行人荷载

行人的脚步声分析

一个特征值分析得出关键的基本模态和频率，显示**个模式群众的垂直方向的频率为2.11赫兹。动态分析模拟各种移动和行人荷载脉动对结构产生的影响。Alfred Benesch公司的副总裁Alfred Benesch说:“虽然人行天桥设计AASHTO指南解决的振动问题似乎更偏向于刚性梁结构而不是细长柔性电缆结构。指南使用的结构重量固有频率的计算公式并没有解决行人交通流量的大小，因为这涉及到振动和产生的加速度是否在允许的范围内。”因为这个模型被转化为国际标准单位，适当的瑞利阻尼参数代表阻尼材料/结构的阻尼性能和极限承载力，按照 BS EN 1991-2 2003LUSAS行人荷载向导被用来加载模型中垂直振荡的行人荷载。并且自动创建了多组工况来模拟人群通过整个结构。

                         人群特征值分析

LUSAS中显示的是行人时间荷载和行人距离荷载的正弦荷载曲线的动态分析。由此得出，**的垂直加速度 0.1728 m/s2 (1.76% g),**加速度0.1735 m/s2。LUSAS分析表明**行人水平可以满足向导，*为一项预防措施，我们可以根据要求对桥面板框架结构制定调谐质量阻尼器。随后现场测试在完成结构上的人表示不舒服的振动是真实存在的，因此，圣查尔斯市*终决定继续安装阻尼系统，以增加行人的舒适度。

控制节点的**时程加速度