人行橋以調諧質量阻尼器 滿足垂直振動舒適度之要求

 

人行橋梁可能因輕質、大跨徑等因素,有低阻尼、低振頻的特性,容易對於行人載重共振,而有較明顯的振動反應。技師報第1055期《人行橋:垂直振動舒適度之初步評估》[1],說明了人行橋垂直振動舒適度之初步評估程序,並以實際案例詳述了初步評估程序之操作方法。若經評估後,不符合舒適度之要求,就必須採取減振手法,提升其舒適度。其中調諧質量阻尼器 (Tuned Mass Damper, TMD), 被廣泛運用在減輕機械振動與降低摩天大樓的擺動,為一有效降低共振反應之裝置。TMD的減振原理是在欲控制的結構物上,加裝具有質量、阻尼及勁度的次結構系統。主結構受外力作用下產生之振動反應,將會連帶TMD隨之振動,進而將主結構部分的振動能量轉移至TMD系統上,並加以消散,降低主結構的振動反應,以達到結構控制之效果。本文延續[1],利用TMD控制人行造成之垂直向振動,提高人行橋垂直振動之舒適度,建立一套利用TMD控制人行橋梁垂直振動舒適度之設計與評估程序。首先介紹TMD之設計程序,再來說明結構加裝了TMD之後,再次進行舒適度評估之流程,最後以實例說明人行橋加裝TMD前後,垂直振動舒適度之差異,以供相關設計参考。

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四、結語

本文內容主要闡述調諧質量阻尼器應用在人行橋減振的設計程序,並彙整成人行橋加裝TMD之舒適度評估程序,並以實際案例詳述設計評估之操作方法,供往後欲使用TMD對人行橋進行減振分析之相關工程提供參考。依照舒適度分析流程,本案例之人行橋,經垂直振動舒適度之評估後,不符合舒適度要求,於是安裝TMD,進行了人行振動之舒適度控制。經最佳化設計TMD後,以頻率反應函數評估其舒適度等級。結果顯示,人行橋加裝TMD後,有良好的減振效果,人行橋之加速度最大值,能滿足對振動舒適度的要求,並確認其能達到之舒適度等級。

五、參考文獻

[1]
章靖、廖偉汝、賴勇安、曾建創、連冠華、鍾立來、丁貫中、張耿寧、鍾佩璋「人行橋:垂直振動舒適度之初步評估」,台灣省土木技師公會,技師報NO.1055,民國106年2月25日 (2017)。

[2]
鍾立來,吳賴雲,賴勇安,連冠華,黃旭輝「以結構位移均方最小化作調諧質塊阻尼器之最佳設計」,結構工程,26(4),頁31-57 (2011)。

[3]
Setra/AFGC,
"Footbridges-Assessment of vibrational behavior of footbridges under pedestrian
loading". October 2006.

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圖1 人行橋結構加裝TMD之設計流程圖

 

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圖2 單自由度人行橋結構加裝TMD之示意圖

 

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圖3 結構加裝TMD之舒適度評估流程圖

 

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圖4 人行橋梁之外觀

 

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圖5 人行橋之SAP2000模型及TMD裝設之位置示意圖

 

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圖6 加裝TMD前後跨中央結構加速度比較圖

 

表1 垂直振動之舒適度等級[3]

舒適度等級

加速度幅度(m/s2)

舒適度

CL1

0至0.5

CL2

0.5至1.0

CL3

1.0至2.5

CL4

2.5以上

不可接受

 

 

表2結構及TMD之參數

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【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 

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