上海浦東國際機場二期候機樓登機橋行人激勵下振動舒適性的多維度剖析與優(yōu)化策略一、緒論1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著全球經(jīng)濟一體化的深入發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，航空運輸作為一種高效、快捷的交通方式，在現(xiàn)代交通運輸體系中的地位日益重要。近年來，世界各地機場建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大，旅客吞吐量不斷攀升。據(jù)國際機場理事會（ACI）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球機場旅客吞吐量從2010年的53億人次增長到2019年的83億人次，盡管在2020-2021年受新冠疫情影響出現(xiàn)大幅下滑，但隨著全球疫情防控形勢的好轉(zhuǎn)，航空運輸業(yè)正逐步復(fù)蘇，預(yù)計未來仍將保持增長態(tài)勢。在機場建設(shè)中，登機橋作為連接航站樓與飛機的關(guān)鍵設(shè)施，其重要性不言而喻。登機橋不僅為旅客提供了一個安全、舒適、便捷的登機通道，減少了旅客在露天環(huán)境下登機的不便，同時也提高了機場的運營效率，降低了飛機停靠時間，提升了機場的整體服務(wù)質(zhì)量。目前，登機橋已成為現(xiàn)代化機場不可或缺的一部分，廣泛應(yīng)用于各類機場中。然而，隨著登機橋的廣泛使用，行人激勵下的振動問題逐漸凸顯。登機橋通常采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有質(zhì)量輕、跨度大、阻尼小等特點。當(dāng)大量行人在登機橋上行走時，行人的腳步運動會產(chǎn)生周期性的激勵力，這種激勵力可能會與登機橋的固有頻率產(chǎn)生共振，從而導(dǎo)致登機橋發(fā)生較大幅度的振動。例如，在一些繁忙的機場，當(dāng)旅客集中登機或下機時，登機橋的振動現(xiàn)象較為明顯，嚴(yán)重時甚至?xí)绊懧每偷恼Ｐ凶?，給旅客帶來不安全感。浦東國際機場作為中國重要的航空樞紐之一，其二期候機樓的登機橋在長期的運營過程中也面臨著行人激勵振動問題的困擾。浦東國際機場二期候機樓于2008年建成投入使用，擁有多條登機橋，每天服務(wù)大量的國內(nèi)外航班和旅客。隨著機場客流量的不斷增加，登機橋的振動問題愈發(fā)突出，引起了機場管理部門和相關(guān)研究人員的高度關(guān)注。因此，開展對浦東國際機場二期候機樓登機橋行人激勵下振動舒適性的研究具有重要的現(xiàn)實意義。1.1.2研究意義本研究旨在深入探究浦東國際機場二期候機樓登機橋在行人激勵下的振動特性及舒適性問題，這對于提升機場服務(wù)質(zhì)量、保障結(jié)構(gòu)安全以及為同類工程提供參考依據(jù)等方面均具有重要意義。提升旅客體驗：旅客在登機過程中的體驗是衡量機場服務(wù)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。舒適、平穩(wěn)的登機環(huán)境能為旅客帶來愉悅的出行感受，反之，登機橋的過度振動會使旅客產(chǎn)生不適和不安，降低其對機場服務(wù)的滿意度。通過研究登機橋的振動舒適性，找出振動產(chǎn)生的原因和影響因素，并提出相應(yīng)的減振措施，可以有效減少登機橋的振動幅度，為旅客創(chuàng)造一個更加安全、舒適的登機環(huán)境，從而提升旅客的整體出行體驗。保障結(jié)構(gòu)安全：長期的振動作用可能會對登機橋的結(jié)構(gòu)造成損傷，影響其使用壽命和安全性。通過對登機橋振動特性的研究，可以了解結(jié)構(gòu)在行人激勵下的動力響應(yīng)規(guī)律，評估結(jié)構(gòu)的疲勞壽命和安全性。根據(jù)研究結(jié)果，采取合理的結(jié)構(gòu)加固或減振措施，能夠有效降低結(jié)構(gòu)的振動應(yīng)力，減少疲勞損傷，延長登機橋的使用壽命，確保其在長期運營過程中的結(jié)構(gòu)安全。為同類工程提供借鑒：目前，國內(nèi)外關(guān)于登機橋行人激勵振動舒適性的研究相對較少，相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也不夠完善。本研究以浦東國際機場二期候機樓登機橋為研究對象，采用現(xiàn)場測試、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究登機橋在行人激勵下的振動特性和舒適性問題，所得出的研究成果和結(jié)論可以為其他機場登機橋的設(shè)計、建設(shè)、運營和維護提供有益的參考和借鑒，推動相關(guān)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的完善，促進機場登機橋工程技術(shù)的發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1人行荷載特性研究人行荷載作為引起登機橋振動的主要激勵源，其特性的準(zhǔn)確描述對于振動舒適性研究至關(guān)重要。行人在行走過程中，腳步與結(jié)構(gòu)表面的相互作用會產(chǎn)生動態(tài)的作用力，這種作用力具有明顯的周期性特征。大量的實驗研究表明，行人正常行走時的步頻范圍通常介于1.6Hz（慢走）至2.4Hz（快走）之間。然而，步頻并非固定不變，它會受到多種因素的影響，例如行人的個體差異（包括年齡、性別、身體狀況等）、行走的目的（如趕飛機時可能會加快腳步）以及行走環(huán)境（如登機橋的坡度、寬度等）。在國外，早期的研究主要集中在對單人行走荷載的測量和分析。例如，英國學(xué)者Newland通過實驗測量了單人行走時產(chǎn)生的豎向力和側(cè)向力，建立了簡單的人行荷載模型。隨著研究的深入，學(xué)者們逐漸關(guān)注多人行走時的荷載特性。澳大利亞的O'Connor等人對人群同步行走和隨機行走時的荷載進行了研究，發(fā)現(xiàn)人群同步行走時產(chǎn)生的激勵力可能會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，容易引發(fā)結(jié)構(gòu)的共振。國內(nèi)在人行荷載特性研究方面也取得了不少成果。同濟大學(xué)的樓文娟等人通過現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬，研究了不同步頻、不同人群密度下的人行荷載特性，提出了考慮人群同步效應(yīng)的人行荷載模型。此外，一些學(xué)者還對行人上下樓梯時的荷載特性進行了研究，為樓梯等結(jié)構(gòu)的振動分析提供了理論依據(jù)。例如，昆明理工大學(xué)的張堯和宋志剛通過在不同踏步高寬比的樓梯上進行人致荷載觀測，分析了樓梯踏步高寬比對人行荷載的影響，給出了上行和下行樓梯時人致荷載各階動載因子的統(tǒng)計模型。1.2.2登機橋振動舒適性研究登機橋振動舒適性的研究涉及到多個方面，包括振動響應(yīng)的計算方法、評價標(biāo)準(zhǔn)以及減振措施等。在振動響應(yīng)計算方面，常用的方法包括有限元法、模態(tài)疊加法等。有限元法通過將登機橋結(jié)構(gòu)離散為有限個單元，建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，從而計算結(jié)構(gòu)在人行荷載作用下的振動響應(yīng)。例如，一些學(xué)者利用ANSYS、ABAQUS等有限元軟件對登機橋進行建模分析，得到了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變和加速度等響應(yīng)結(jié)果。模態(tài)疊加法則是基于結(jié)構(gòu)的模態(tài)理論，將結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)表示為各階模態(tài)響應(yīng)的疊加，通過求解模態(tài)響應(yīng)來得到結(jié)構(gòu)的總響應(yīng)。關(guān)于振動舒適性的評價標(biāo)準(zhǔn)，目前國際上尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一些常用的標(biāo)準(zhǔn)主要參考人行天橋或建筑結(jié)構(gòu)的振動舒適度標(biāo)準(zhǔn)。例如，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO規(guī)范中給出了人行橋振動舒適度的豎向振動加速度限值臨界曲線（行人運動中）。我國CJJ69—95《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3Hz”。在機場登機橋的實際應(yīng)用中，一些機場也會根據(jù)自身的運營經(jīng)驗和旅客反饋，制定相應(yīng)的振動舒適度標(biāo)準(zhǔn)。例如，某機場規(guī)定當(dāng)人行密度為2人/m2時，豎向加速度應(yīng)小于0.22m/s2，側(cè)向加速度限值為豎向加速度小于0.10m/s2。為了提高登機橋的振動舒適性，學(xué)者們和工程技術(shù)人員提出了多種減振措施。其中，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）是一種常用的減振裝置。TMD通過在主結(jié)構(gòu)上附加一個子結(jié)構(gòu)，使其固有頻率接近主結(jié)構(gòu)的固有頻率，在激勵作用下TMD優(yōu)先發(fā)生共振，從而對主結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反向的抑制效果，減小主結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。此外，還有一些其他的減振措施，如增加結(jié)構(gòu)的阻尼、優(yōu)化結(jié)構(gòu)的剛度分布、采用新型的減振材料等。例如，通過在登機橋結(jié)構(gòu)中設(shè)置粘滯阻尼器來增加結(jié)構(gòu)的阻尼，從而減小振動響應(yīng)；或者通過優(yōu)化登機橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其剛度分布更加合理，提高結(jié)構(gòu)的固有頻率，避免與行人步頻產(chǎn)生共振。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國內(nèi)外在人行荷載特性和登機橋振動舒適性方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，為后續(xù)的研究和工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。然而，目前的研究仍存在一些不足之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：行人流量動態(tài)變化影響研究不足：現(xiàn)有研究大多假設(shè)行人流量為靜態(tài)或固定值，忽略了實際登機過程中行人流量的動態(tài)變化情況。在機場的實際運營中，旅客登機和下機的過程具有明顯的時間分布特征，行人流量會隨著航班的起降時間、旅客的集中程度等因素發(fā)生動態(tài)變化。這種動態(tài)變化的行人流量會對登機橋的振動響應(yīng)產(chǎn)生顯著影響，但目前對此方面的研究相對較少。多因素耦合作用考慮不全面：登機橋的振動響應(yīng)不僅受到人行荷載的影響，還與其他多種因素有關(guān)，如結(jié)構(gòu)的阻尼、剛度、邊界條件以及環(huán)境因素（如風(fēng)荷載、溫度變化等）。目前的研究往往只考慮了單一因素或少數(shù)幾個因素的作用，對于多因素耦合作用下登機橋的振動特性和舒適性問題研究不夠深入。例如，在考慮人行荷載的同時，較少考慮風(fēng)荷載與人行荷載的共同作用對登機橋振動的影響，而在實際情況中，風(fēng)荷載可能會與人行荷載相互疊加，加劇登機橋的振動。缺乏長期監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證：大多數(shù)研究采用的是短期的現(xiàn)場測試或數(shù)值模擬方法，缺乏對登機橋長期振動特性的監(jiān)測數(shù)據(jù)。登機橋在長期的運營過程中，由于結(jié)構(gòu)材料的老化、損傷以及使用環(huán)境的變化等因素，其振動特性可能會發(fā)生改變。因此，需要通過長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)來驗證和完善現(xiàn)有的理論模型和計算方法，以更準(zhǔn)確地評估登機橋的振動舒適性和結(jié)構(gòu)安全性。減振措施的綜合優(yōu)化研究較少：雖然目前已經(jīng)提出了多種減振措施，但對于這些減振措施的綜合優(yōu)化研究還相對較少。不同的減振措施在不同的工況下可能具有不同的減振效果，如何根據(jù)登機橋的實際情況，綜合運用多種減振措施，實現(xiàn)減振效果的最大化和成本的最優(yōu)化，是需要進一步研究的問題。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容登機橋結(jié)構(gòu)與行人流量分析：對浦東國際機場二期候機樓登機橋的結(jié)構(gòu)形式、材料特性、幾何尺寸等進行詳細調(diào)研和分析，建立準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)模型。同時，通過現(xiàn)場觀測、航班信息統(tǒng)計以及旅客流量數(shù)據(jù)收集，分析不同時間段、不同航班情況下的行人流量變化規(guī)律，包括行人的數(shù)量、行走速度、步頻分布等，為后續(xù)的振動響應(yīng)計算提供準(zhǔn)確的輸入?yún)?shù)。振動響應(yīng)計算：基于上述分析得到的登機橋結(jié)構(gòu)模型和行人荷載參數(shù)，采用合適的動力學(xué)分析方法，如有限元法、模態(tài)疊加法等，計算登機橋在行人激勵下的振動響應(yīng)，包括結(jié)構(gòu)的加速度、位移、應(yīng)力等。分析不同行人流量、步頻以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對振動響應(yīng)的影響規(guī)律，找出振動響應(yīng)較大的部位和工況，為振動舒適性評價提供數(shù)據(jù)支持。振動舒適性評價：依據(jù)相關(guān)的振動舒適性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合旅客的主觀感受調(diào)查，對登機橋在行人激勵下的振動舒適性進行評價。建立振動舒適性評價指標(biāo)體系，綜合考慮振動加速度、頻率、持續(xù)時間等因素對旅客舒適性的影響。通過對比分析不同工況下的振動響應(yīng)與舒適性評價指標(biāo)，判斷登機橋的振動是否滿足舒適性要求，確定振動舒適性的關(guān)鍵影響因素。減振措施研究：針對登機橋振動舒適性不滿足要求的情況，研究有效的減振措施。分析調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）、粘滯阻尼器、增加結(jié)構(gòu)阻尼、優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度等減振方法的原理和適用條件，通過數(shù)值模擬和實驗研究，對比不同減振措施的減振效果，確定適合浦東國際機場二期候機樓登機橋的減振方案。對減振后的登機橋結(jié)構(gòu)進行再次計算和評價，驗證減振措施的有效性，確保登機橋在行人激勵下的振動舒適性得到顯著改善。1.3.2研究方法文獻研究法：廣泛查閱國內(nèi)外有關(guān)人行荷載特性、登機橋振動舒適性、結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析以及減振技術(shù)等方面的文獻資料，了解相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，掌握已有的研究成果和方法。通過對文獻的綜合分析，為本研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考，明確研究的重點和難點，避免重復(fù)研究，確保研究工作的創(chuàng)新性和科學(xué)性。現(xiàn)場實測法：在浦東國際機場二期候機樓登機橋現(xiàn)場進行測試，采用先進的傳感器設(shè)備，如加速度傳感器、位移傳感器等，測量登機橋在實際行人荷載作用下的振動響應(yīng)。同時，利用視頻監(jiān)控設(shè)備記錄行人的行走情況，統(tǒng)計行人流量、步頻等參數(shù)。通過現(xiàn)場實測，獲取真實的振動數(shù)據(jù)和行人荷載信息，為數(shù)值模擬和理論分析提供驗證依據(jù)，使研究結(jié)果更具可靠性和實際應(yīng)用價值。數(shù)值模擬法：運用大型通用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立浦東國際機場二期候機樓登機橋的三維有限元模型。根據(jù)實際結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料特性，定義模型的幾何形狀、單元類型、材料屬性以及邊界條件等。將現(xiàn)場實測得到的行人荷載參數(shù)輸入到模型中，模擬登機橋在行人激勵下的振動過程，計算結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。通過數(shù)值模擬，可以方便地改變各種參數(shù)，進行多工況分析，深入研究不同因素對登機橋振動特性的影響規(guī)律，為減振措施的研究提供理論支持。理論分析法：基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)、振動理論等相關(guān)學(xué)科的基本原理，對登機橋在行人激勵下的振動問題進行理論分析。推導(dǎo)人行荷載的理論模型，建立登機橋結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程，運用模態(tài)分析、響應(yīng)譜分析等方法求解結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。通過理論分析，揭示登機橋振動的內(nèi)在機理，為數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測提供理論指導(dǎo)，同時也可以對研究結(jié)果進行理論驗證，確保研究的準(zhǔn)確性和可靠性。二、浦東國際機場二期候機樓登機橋概況2.1浦東國際機場簡介上海浦東國際機場（ShanghaiPudongInternationalAirport，IATA：PVG，ICAO：ZSPD），坐落于中國上海市浦東新區(qū)祝橋鎮(zhèn)，西北方向距離上海市陸家嘴CBD約30千米，是4F級國際樞紐機場，同時也是中國門戶復(fù)合樞紐機場以及上海國際航空樞紐的主樞紐，在我國航空運輸體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。浦東國際機場的建設(shè)與發(fā)展歷程見證了我國民航事業(yè)的飛速進步。其建設(shè)規(guī)劃最早可追溯至1986年，彼時場址首次出現(xiàn)在規(guī)劃文件中，位于川沙縣合慶鄉(xiāng)（今屬浦東新區(qū)）。此后，由于各種因素的考量，如距離城區(qū)遠近、地質(zhì)條件以及對周邊居民和資源的影響等，場址歷經(jīng)多次調(diào)整。1992年，因原選址距城區(qū)太近，場址南移6千米至川沙縣江鎮(zhèn)鄉(xiāng)、施灣鄉(xiāng)境內(nèi)；1993年，又因處于地震斷裂帶和古火山口上，再次南移4.8千米，落址于浦東新區(qū)與南匯縣交界處；1994年2月，為盡量減少對農(nóng)民住宅的影響，并有效利用長江灘涂資源，場址東遷700米。直至1996年6月6日，上海浦東國際機場才獲國務(wù)院、中央軍委聯(lián)合批復(fù)立項。1997年10月15日正式奠基開工，1999年9月16日順利正式通航，飛行區(qū)指標(biāo)為4E，首條航線由上海航空使用波音B767寬體機執(zhí)飛，同年10月1日開通定期航班，自此開啟了其輝煌的運營篇章。隨著航空運輸需求的不斷增長，浦東國際機場持續(xù)進行擴建升級。2005年3月17日，第二跑道正式啟用，有效提升了機場的航班起降能力；2008年3月26日，T2航站樓與第三跑道投入使用，進一步擴大了機場的運營規(guī)模和服務(wù)能力，T2航站樓的建成使得機場的旅客吞吐量承載能力大幅提升；2015年3月28日，第四跑道啟用，進一步增強了機場的運行保障能力；2019年9月16日，全球最大的單體衛(wèi)星廳啟用，衛(wèi)星廳分為S1和S2，總建筑面積62.2萬平方米，設(shè)90個廊橋機位，可滿足年旅客吞吐量3800萬人次的使用需求，各航站樓和衛(wèi)星廳之間通過旅客捷運系統(tǒng)連接，極大地方便了旅客的中轉(zhuǎn)和通行。截至2023年1月，浦東國際機場已擁有龐大而完善的硬件設(shè)施。T1航站樓面積達34.6萬平方米，主題為“天”，可滿足年旅客吞吐量3680萬人次的使用需求；T2航站樓面積為48.6萬平方米，主題為“地”，能滿足年旅客吞吐量4000萬人次的使用需求。民航站坪設(shè)第一跑道長3800米，第二跑道長4000米，第三跑道長3400米，第四跑道長4000米，這些跑道能夠保障不同型號飛機的安全起降，滿足日益增長的航空運輸需求。此外，機場還擁有布局較為分散的貨運區(qū)，其一期貨運區(qū)、東貨運區(qū)和西貨運區(qū)共同構(gòu)成了強大的貨運體系，不同區(qū)域設(shè)有全貨機機位，并配備特殊貨物處理設(shè)施和不同功能貨倉，用于處理生鮮、危險品等各類貨物，滿足了日益增長的航空貨運需求。在運營數(shù)據(jù)方面，浦東國際機場一直保持著較高的活躍度和繁忙程度。2024年，上海機場全年進出港航班量80.3萬架次，同比增長15%；旅客吞吐量超1.24億人次，同比增長29%，創(chuàng)下歷史新高；貨郵吞吐量420.6萬噸，同比增長11%。浦東機場在其中發(fā)揮了重要作用，其旅客吞吐量和貨郵吞吐量在全國乃至全球都名列前茅。眾多國內(nèi)外航空公司在此運營，航線覆蓋全球48個國家的291個航點，成為連接中國與世界的重要空中橋梁，不僅為上海及周邊地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展提供了有力支撐，也極大地方便了國內(nèi)外旅客的出行和貨物的運輸。二、浦東國際機場二期候機樓登機橋概況2.1浦東國際機場簡介上海浦東國際機場（ShanghaiPudongInternationalAirport，IATA：PVG，ICAO：ZSPD），坐落于中國上海市浦東新區(qū)祝橋鎮(zhèn)，西北方向距離上海市陸家嘴CBD約30千米，是4F級國際樞紐機場，同時也是中國門戶復(fù)合樞紐機場以及上海國際航空樞紐的主樞紐，在我國航空運輸體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。浦東國際機場的建設(shè)與發(fā)展歷程見證了我國民航事業(yè)的飛速進步。其建設(shè)規(guī)劃最早可追溯至1986年，彼時場址首次出現(xiàn)在規(guī)劃文件中，位于川沙縣合慶鄉(xiāng)（今屬浦東新區(qū)）。此后，由于各種因素的考量，如距離城區(qū)遠近、地質(zhì)條件以及對周邊居民和資源的影響等，場址歷經(jīng)多次調(diào)整。1992年，因原選址距城區(qū)太近，場址南移6千米至川沙縣江鎮(zhèn)鄉(xiāng)、施灣鄉(xiāng)境內(nèi)；1993年，又因處于地震斷裂帶和古火山口上，再次南移4.8千米，落址于浦東新區(qū)與南匯縣交界處；1994年2月，為盡量減少對農(nóng)民住宅的影響，并有效利用長江灘涂資源，場址東遷700米。直至1996年6月6日，上海浦東國際機場才獲國務(wù)院、中央軍委聯(lián)合批復(fù)立項。1997年10月15日正式奠基開工，1999年9月16日順利正式通航，飛行區(qū)指標(biāo)為4E，首條航線由上海航空使用波音B767寬體機執(zhí)飛，同年10月1日開通定期航班，自此開啟了其輝煌的運營篇章。隨著航空運輸需求的不斷增長，浦東國際機場持續(xù)進行擴建升級。2005年3月17日，第二跑道正式啟用，有效提升了機場的航班起降能力；2008年3月26日，T2航站樓與第三跑道投入使用，進一步擴大了機場的運營規(guī)模和服務(wù)能力，T2航站樓的建成使得機場的旅客吞吐量承載能力大幅提升；2015年3月28日，第四跑道啟用，進一步增強了機場的運行保障能力；2019年9月16日，全球最大的單體衛(wèi)星廳啟用，衛(wèi)星廳分為S1和S2，總建筑面積62.2萬平方米，設(shè)90個廊橋機位，可滿足年旅客吞吐量3800萬人次的使用需求，各航站樓和衛(wèi)星廳之間通過旅客捷運系統(tǒng)連接，極大地方便了旅客的中轉(zhuǎn)和通行。截至2023年1月，浦東國際機場已擁有龐大而完善的硬件設(shè)施。T1航站樓面積達34.6萬平方米，主題為“天”，可滿足年旅客吞吐量3680萬人次的使用需求；T2航站樓面積為48.6萬平方米，主題為“地”，能滿足年旅客吞吐量4000萬人次的使用需求。民航站坪設(shè)第一跑道長3800米，第二跑道長4000米，第三跑道長3400米，第四跑道長4000米，這些跑道能夠保障不同型號飛機的安全起降，滿足日益增長的航空運輸需求。此外，機場還擁有布局較為分散的貨運區(qū)，其一期貨運區(qū)、東貨運區(qū)和西貨運區(qū)共同構(gòu)成了強大的貨運體系，不同區(qū)域設(shè)有全貨機機位，并配備特殊貨物處理設(shè)施和不同功能貨倉，用于處理生鮮、危險品等各類貨物，滿足了日益增長的航空貨運需求。在運營數(shù)據(jù)方面，浦東國際機場一直保持著較高的活躍度和繁忙程度。2024年，上海機場全年進出港航班量80.3萬架次，同比增長15%；旅客吞吐量超1.24億人次，同比增長29%，創(chuàng)下歷史新高；貨郵吞吐量420.6萬噸，同比增長11%。浦東機場在其中發(fā)揮了重要作用，其旅客吞吐量和貨郵吞吐量在全國乃至全球都名列前茅。眾多國內(nèi)外航空公司在此運營，航線覆蓋全球48個國家的291個航點，成為連接中國與世界的重要空中橋梁，不僅為上海及周邊地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展提供了有力支撐，也極大地方便了國內(nèi)外旅客的出行和貨物的運輸。2.2二期候機樓登機橋結(jié)構(gòu)特點2.2.1整體布局與構(gòu)造浦東國際機場二期候機樓登機橋在整個機場的旅客登機流程中扮演著關(guān)鍵角色，其整體布局經(jīng)過精心設(shè)計，以滿足高效、便捷的旅客運輸需求。登機橋一端緊密連接候機樓，為旅客提供從候機區(qū)域快速進入登機通道的便利；另一端則靈活對接飛機艙門，實現(xiàn)旅客與飛機的無縫銜接。這種布局設(shè)計充分考慮了機場的空間利用和航班運營的流暢性，確保旅客在候機樓與飛機之間的轉(zhuǎn)移過程能夠安全、迅速地完成。從結(jié)構(gòu)構(gòu)造角度深入分析，浦東國際機場二期候機樓登機橋展現(xiàn)出獨特的特點。其跨度表現(xiàn)出多樣化的特征，根據(jù)不同的機位需求和場地條件，跨度范圍從中間部分的66.36m逐漸過渡至兩端的90.36m。如此大跨度的設(shè)計在滿足飛機停靠需求的同時，也對結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性提出了極高的要求。在寬度方面，登機橋的寬度設(shè)計充分考慮了旅客流量和行李搬運的實際需求，一般保持在一個較為寬敞的數(shù)值，以確保旅客能夠舒適、順暢地通行，避免在登機過程中出現(xiàn)擁擠和堵塞的情況。高度上，登機橋需要滿足與不同型號飛機艙門的對接要求，其高度可根據(jù)飛機的實際情況進行靈活調(diào)整，通過先進的升降系統(tǒng)實現(xiàn)精確對接，保障旅客上下飛機的安全和便捷。登機橋的支撐體系是保障其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵要素。整個登機橋的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋采用大跨度、空間曲線的變截面箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式在保證結(jié)構(gòu)強度的同時，也充分考慮了結(jié)構(gòu)的美觀性和空間利用效率。全部屋架穩(wěn)固地支撐在跨中的樹形柱和兩側(cè)的Y形柱上，柱與屋架節(jié)點采用銷軸與銷孔相配合的連接方式，這種連接方式不僅具有較高的連接強度，還能在一定程度上適應(yīng)結(jié)構(gòu)在受力過程中的變形和位移。屋架之間通過鋼梁、造型梁、百葉梁以及檁條等構(gòu)件進行連接，這些連接構(gòu)件相互協(xié)同工作，共同形成了一個穩(wěn)固的空間結(jié)構(gòu)體系，有效地傳遞和分散荷載，確保登機橋在各種工況下都能保持良好的工作性能。此外，登機橋的固定端采用鋼結(jié)構(gòu)支撐在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墩柱上，基礎(chǔ)采用獨立樁基承臺，雙向基礎(chǔ)梁拉結(jié)形式，這種基礎(chǔ)設(shè)計進一步增強了登機橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，能夠有效地抵抗各種水平和豎向荷載的作用。2.2.2結(jié)構(gòu)材料與力學(xué)性能浦東國際機場二期候機樓登機橋在結(jié)構(gòu)材料的選擇上，充分考慮了結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能需求、耐久性以及施工可行性等多方面因素，主要選用了鋼材作為主要結(jié)構(gòu)材料。鋼材具有一系列優(yōu)異的力學(xué)性能，這些性能使得它成為登機橋結(jié)構(gòu)的理想選擇。在強度方面，鋼材具有較高的屈服強度和抗拉強度。常見的建筑用鋼材，如Q345等，其屈服強度通常能夠達到345MPa以上。這意味著在承受較大荷載時，鋼材能夠在發(fā)生明顯塑性變形之前承受較大的應(yīng)力，從而保證登機橋結(jié)構(gòu)在各種使用荷載和環(huán)境作用下的安全性。例如，當(dāng)大量旅客同時在登機橋上行走產(chǎn)生較大的豎向荷載，以及在強風(fēng)等惡劣天氣條件下受到水平風(fēng)荷載作用時，鋼材的高強度特性能夠有效地抵抗這些荷載，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或過度變形。剛度是衡量結(jié)構(gòu)抵抗變形能力的重要指標(biāo)，鋼材在這方面也表現(xiàn)出色。由于鋼材的彈性模量較高，一般在200GPa左右，使得登機橋結(jié)構(gòu)在受力時能夠保持較小的變形。在行人激勵下，較小的變形可以有效減少結(jié)構(gòu)的振動幅度，提高旅客的舒適度。同時，較小的變形也有助于保證登機橋與飛機艙門之間的對接精度，避免因結(jié)構(gòu)變形過大而影響旅客的正常登機和下機。阻尼是結(jié)構(gòu)動力學(xué)中的一個重要參數(shù)，它反映了結(jié)構(gòu)在振動過程中能量耗散的能力。雖然鋼材本身的阻尼較小，但在登機橋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以通過一些構(gòu)造措施和附加阻尼裝置來增加結(jié)構(gòu)的阻尼比。例如，在節(jié)點處設(shè)置阻尼器，或者采用一些新型的阻尼材料，如粘彈性阻尼材料等。適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)的阻尼可以有效地抑制結(jié)構(gòu)在行人激勵下的振動響應(yīng)，降低共振發(fā)生的可能性，從而保障登機橋的結(jié)構(gòu)安全和旅客的舒適性。除了上述力學(xué)性能外，鋼材還具有良好的可加工性和焊接性。這使得鋼材能夠根據(jù)設(shè)計要求加工成各種復(fù)雜的形狀和尺寸，便于制作登機橋的各種構(gòu)件。同時，焊接技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得鋼材構(gòu)件之間能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的連接，保證結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。此外，鋼材的耐久性也較好，通過合理的防腐處理，如涂刷防腐漆、采用熱浸鋅等工藝，可以有效地延長鋼材的使用壽命，降低結(jié)構(gòu)的維護成本，確保登機橋在長期的使用過程中始終保持良好的性能。2.3登機橋行人流量特點2.3.1不同時段行人流量分布浦東國際機場二期候機樓登機橋的行人流量在不同時段呈現(xiàn)出顯著的差異，具有明顯的高峰和低谷期特征。通過對機場長期的運營數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及現(xiàn)場實地觀測，可以清晰地描繪出其行人流量的時間分布規(guī)律。在每日的運營時間內(nèi)，登機橋行人流量的高峰時段主要集中在上午9點至11點以及下午4點至6點。上午的高峰時段，主要是由于大量國內(nèi)和國際航班集中在這個時間段起飛。許多旅客需要在起飛前1-2小時到達機場辦理登機手續(xù)，然后通過登機橋登機。此時，候機樓內(nèi)的各個登機口都迎來了大量的旅客，登機橋的行人流量急劇增加。例如，一些熱門航線，如上海至北京、上海至廣州等國內(nèi)航線，以及上海至東京、上海至首爾等國際航線，在這個時間段的航班密度較大，導(dǎo)致相應(yīng)登機橋的行人流量明顯高于其他時段。下午的高峰時段，則主要是由于到達航班的旅客下機以及部分轉(zhuǎn)機旅客通過登機橋前往其他登機口。隨著下午航班的陸續(xù)抵達，大量旅客從飛機上下來，通過登機橋進入候機樓，同時一些轉(zhuǎn)機旅客也需要通過登機橋前往新的登機口候機，從而形成了又一個行人流量高峰。與高峰時段形成鮮明對比的是，登機橋行人流量的低谷期通常出現(xiàn)在凌晨0點至6點。這個時間段，大部分航班已經(jīng)結(jié)束運營，機場的旅客數(shù)量大幅減少。只有少數(shù)紅眼航班或特殊情況的航班會在這個時間段起降，因此登機橋的行人流量非常低。在凌晨時段，登機橋周圍顯得較為冷清，行人寥寥無幾，登機橋的使用頻率也大大降低。除了每日的高峰和低谷期，登機橋行人流量在一周內(nèi)也呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。一般來說，周一至周五的行人流量相對較為穩(wěn)定，且在工作日的高峰時段，登機橋的行人流量會比周末略高。這是因為工作日期間，商務(wù)旅客的出行需求較為集中，許多商務(wù)人士需要乘坐飛機前往各地進行商務(wù)活動。而周末時，雖然休閑旅客的數(shù)量有所增加，但整體的航班安排相對較為分散，因此行人流量的高峰值相對較低。此外，在節(jié)假日前后，登機橋的行人流量會出現(xiàn)明顯的波動。例如，在春節(jié)、國慶節(jié)等重大節(jié)日前夕，旅客出行需求旺盛，大量旅客選擇乘坐飛機返鄉(xiāng)或出游，導(dǎo)致登機橋的行人流量急劇增加，遠遠超過平日的高峰值。而在節(jié)日期間，由于部分旅客已經(jīng)到達目的地，登機橋的行人流量會有所下降，但在節(jié)日結(jié)束后的返程高峰期，行人流量又會再次攀升。2.3.2行人流量與航班起降關(guān)系浦東國際機場二期候機樓登機橋的行人流量與航班的起降時間和頻次密切相關(guān)，二者之間存在著顯著的相關(guān)性。航班的起降是導(dǎo)致行人在登機橋上流動的直接原因，因此航班的運營情況直接影響著登機橋的行人流量變化。從航班起降時間來看，當(dāng)航班起飛時，旅客需要在起飛前的一段時間內(nèi)通過登機橋登上飛機。通常，旅客會在航班起飛前30分鐘至1小時開始登機，這個時間段內(nèi)，登機橋的行人流量會迅速增加。隨著登機時間的推進，越來越多的旅客通過登機橋進入飛機，行人流量達到峰值。當(dāng)航班登機結(jié)束，飛機起飛后，登機橋的行人流量會迅速減少，恢復(fù)到較低的水平。同樣，當(dāng)航班到達時，旅客會從飛機上下來，通過登機橋進入候機樓。航班到達后的15分鐘至30分鐘內(nèi)，是旅客下機的高峰期，此時登機橋的行人流量會顯著增加。隨著旅客逐漸離開登機橋，行人流量會逐漸降低。例如，對于一架滿載300名旅客的波音737-800型飛機，在登機過程中，每分鐘可能有10-15名旅客通過登機橋，導(dǎo)致登機橋在短時間內(nèi)行人流量大幅上升；而在航班到達后的下機過程中，同樣會在短時間內(nèi)出現(xiàn)行人流量的高峰。航班的起降頻次對登機橋行人流量也有著重要的影響。當(dāng)某個時間段內(nèi)航班起降頻次較高時，登機橋的使用頻率也會相應(yīng)增加，行人流量也會隨之增大。在機場的繁忙時段，多個航班可能會在短時間內(nèi)相繼起飛或到達，這就使得登機橋需要同時服務(wù)多個航班的旅客，行人流量會出現(xiàn)疊加效應(yīng)，達到較高的水平。相反，當(dāng)航班起降頻次較低時，登機橋的使用頻率也會降低，行人流量自然會減少。例如，在機場的早高峰時段，可能每15-20分鐘就有一架航班起飛或到達，此時登機橋的行人流量會持續(xù)處于較高的水平；而在深夜航班較少的時段，可能每隔1-2小時才有一架航班起降，登機橋的行人流量則會明顯減少。此外，不同類型的航班（如國內(nèi)航班和國際航班）對登機橋行人流量的影響也有所不同。國際航班由于需要辦理更多的手續(xù)，如海關(guān)、邊檢等，旅客在候機樓內(nèi)停留的時間較長，登機時間也相對較早。因此，國際航班登機橋的行人流量在航班起飛前的一段時間內(nèi)會持續(xù)處于較高的水平。而國內(nèi)航班的登機時間相對較短，行人流量的高峰持續(xù)時間也相對較短。同時，國際航班到達后，旅客還需要經(jīng)過一系列的入境手續(xù)，這也會導(dǎo)致國際航班到達登機橋的行人流量在一段時間內(nèi)保持在較高的水平，直到旅客全部完成入境手續(xù)離開候機樓。三、行人激勵荷載特性分析3.1人行荷載的基本特性3.1.1步行過程的力學(xué)原理行人在登機橋上的步行過程是一個復(fù)雜的動力學(xué)過程，涉及到人體的運動學(xué)特征以及與登機橋結(jié)構(gòu)之間的相互作用。從力學(xué)原理角度深入剖析，步行過程中人體可被近似看作一個具有多個自由度的動力學(xué)系統(tǒng)。在行走時，人體通過腿部肌肉的收縮和舒張，驅(qū)動下肢進行周期性的擺動，從而實現(xiàn)身體的位移。在每一步的行走過程中，人體重心會發(fā)生顯著的變化。當(dāng)行人抬起一只腳準(zhǔn)備邁出下一步時，身體重心會向支撐腳一側(cè)偏移，以維持身體的平衡。隨著邁出的腳向前移動并著地，身體重心逐漸轉(zhuǎn)移到新的支撐點上。這個過程中，重心在垂直方向上會出現(xiàn)上下起伏的運動，在水平方向上也會有一定的位移變化。這種重心的周期性變化會對登機橋產(chǎn)生動態(tài)的作用力，形成行人激勵荷載。從動力學(xué)方程角度來描述，假設(shè)人體質(zhì)量為m，重心在垂直方向上的加速度為a_y，在水平方向上的加速度為a_x，則根據(jù)牛頓第二定律F=ma，人體在垂直方向上對登機橋產(chǎn)生的作用力F_y=m\cdota_y，在水平方向上產(chǎn)生的作用力F_x=m\cdota_x。由于步行過程的周期性，這些作用力也呈現(xiàn)出周期性的變化規(guī)律。此外，步行過程中人體的運動還會受到多種因素的影響，如行人的步速、步頻、身體姿態(tài)以及行走的地面條件等。不同的行人個體由于身體素質(zhì)、行走習(xí)慣等方面的差異，其步行過程中的力學(xué)參數(shù)也會有所不同。例如，年輕人通常步速較快，步頻較高，而老年人則相對較慢。同時，行人在行走過程中可能會受到登機橋坡度、人群擁擠等因素的干擾，導(dǎo)致其步行的穩(wěn)定性發(fā)生變化，進而影響到對登機橋產(chǎn)生的激勵荷載特性。3.1.2豎向與側(cè)向激勵力的產(chǎn)生行人在登機橋上行走時，會產(chǎn)生豎向和側(cè)向兩個方向的激勵力，這些激勵力是導(dǎo)致登機橋振動的重要原因。豎向激勵力主要是由行人行走時重心的上下起伏運動產(chǎn)生的。當(dāng)行人的腳與登機橋表面接觸時，會對登機橋施加一個垂直向下的力。在行走過程中，由于重心的上下移動，這個垂直力的大小會隨時間發(fā)生周期性變化。具體來說，當(dāng)行人邁出一步時，身體重心會先下降，然后在支撐腳的作用下逐漸上升。在重心下降階段，對登機橋施加的垂直力相對較??；而在重心上升階段，垂直力會逐漸增大，直到達到一個峰值。這個過程中，垂直力的變化頻率與行人的步頻密切相關(guān)，一般情況下，行人正常行走時的步頻范圍在1.6Hz-2.4Hz之間，因此豎向激勵力的主要頻率成分也集中在這個范圍內(nèi)。側(cè)向激勵力則是由于行人行走時重心從一腳移到另一腳時，身體呈側(cè)向Z字形移動而產(chǎn)生的。當(dāng)行人邁出左腳時，身體重心會向右側(cè)偏移，此時會對登機橋產(chǎn)生一個向右的側(cè)向力；當(dāng)邁出右腳時，重心又會向左偏移，產(chǎn)生一個向左的側(cè)向力。這種側(cè)向力同樣具有周期性，其頻率也與步頻相關(guān)。與豎向激勵力相比，側(cè)向激勵力的幅值通常較小，但在某些情況下，如人群同步行走或行人行走不穩(wěn)定時，側(cè)向激勵力可能會對登機橋的振動產(chǎn)生不可忽視的影響。除了上述主要原因外，豎向和側(cè)向激勵力還會受到其他因素的影響。例如，行人行走時的速度、步伐的大小以及身體的擺動幅度等都會改變激勵力的大小和頻率。此外，登機橋的表面狀況（如平整度、粗糙度等）也會對行人的行走產(chǎn)生影響，進而影響激勵力的特性。當(dāng)?shù)菣C橋表面不平整時，行人在行走過程中需要不斷調(diào)整身體姿態(tài)來保持平衡，這可能會導(dǎo)致激勵力的幅值和頻率發(fā)生變化。3.2行人激勵荷載的數(shù)學(xué)模型3.2.1常用模型介紹在行人激勵荷載數(shù)學(xué)模型的研究領(lǐng)域，眾多學(xué)者通過大量的理論分析和實驗研究，提出了多種具有代表性的模型，這些模型在不同的研究和工程應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。IBASE模型作為一種常用的行人激勵荷載模型，具有其獨特的數(shù)學(xué)表達式和適用范圍。該模型將行人的激勵荷載表示為多個簡諧函數(shù)的疊加。在豎向激勵方面，其表達式為F_{v}(t)=G+\sum_{i=1}^{n}A_{i}\sin(2\piif_{p}t+\varphi_{i})，其中F_{v}(t)表示t時刻的豎向激勵力，G為人的等效體重，A_{i}為第i階諧波的幅值，f_{p}是行人的步頻，\varphi_{i}為第i階諧波的相位角，n為諧波的階數(shù)，通常取3-5階即可較好地描述豎向激勵力的特征。在側(cè)向激勵方面，IBASE模型同樣采用類似的簡諧函數(shù)疊加形式，其表達式為F_{l}(t)=\sum_{i=1}^{m}B_{i}\sin(2\piif_{p}t+\theta_{i})，其中F_{l}(t)表示t時刻的側(cè)向激勵力，B_{i}為第i階諧波的幅值，\theta_{i}為第i階諧波的相位角，m為諧波階數(shù)。IBASE模型的優(yōu)點在于能夠較為準(zhǔn)確地描述行人激勵荷載的周期性和多諧波特性，適用于多種結(jié)構(gòu)的振動分析。例如，在一些人行天橋的振動分析中，使用IBASE模型能夠很好地模擬行人行走時產(chǎn)生的激勵荷載，從而準(zhǔn)確預(yù)測天橋的振動響應(yīng)。然而，該模型也存在一定的局限性，它對行人步頻、相位角等參數(shù)的變化較為敏感，在實際應(yīng)用中需要準(zhǔn)確獲取這些參數(shù)，否則可能會影響模型的準(zhǔn)確性。除了IBASE模型，還有一些其他具有代表性的模型。如傅里葉級數(shù)模型，該模型將行人激勵產(chǎn)生的人行荷載采用傅里葉級數(shù)表示，豎向人行荷載為F(t)=G(1+\sum_{i=1}^{3}\alpha_{i}\sin(2\piif_{p}-\varphi_{i}))，其中G為行人的體質(zhì)量，f_{p}為行人步頻，\varphi_{i}為第i階諧波相位角，\alpha_{i}為第i階動載因子。傅里葉級數(shù)模型在描述行人荷載的周期性方面具有良好的性能，能夠清晰地展現(xiàn)出行人荷載的各階諧波成分，在一些對行人荷載諧波分析要求較高的研究中得到了廣泛應(yīng)用。但該模型在計算過程中，對于高階諧波的處理較為復(fù)雜，計算量較大。此外，還有一些基于實測數(shù)據(jù)建立的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。這些模型通過對大量實際行人行走時產(chǎn)生的激勵荷載進行測量和統(tǒng)計分析，建立起荷載與行人參數(shù)（如步頻、體重等）之間的經(jīng)驗關(guān)系。例如，通過在特定的登機橋或人行天橋上安裝傳感器，采集不同行人在不同工況下的激勵荷載數(shù)據(jù)，然后運用統(tǒng)計學(xué)方法對這些數(shù)據(jù)進行處理，得到適合該特定結(jié)構(gòu)的行人激勵荷載經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。?jīng)驗?zāi)Ｐ偷膬?yōu)點是能夠直接反映實際情況，具有較高的實用性。但由于其是基于特定條件下的實測數(shù)據(jù)建立的，通用性較差，在不同的結(jié)構(gòu)或工況下可能需要重新建立模型。3.2.2模型參數(shù)確定結(jié)合浦東國際機場二期候機樓登機橋的實際情況，準(zhǔn)確確定行人激勵荷載數(shù)學(xué)模型的參數(shù)至關(guān)重要，這直接關(guān)系到振動響應(yīng)計算的準(zhǔn)確性和振動舒適性評價的可靠性。步頻作為行人激勵荷載模型中的關(guān)鍵參數(shù)，其取值受到多種因素的影響。通過在浦東國際機場二期候機樓登機橋現(xiàn)場進行長時間的觀測和統(tǒng)計分析，收集了大量不同旅客在不同時間段的步頻數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，在正常登機和下機情況下，旅客的步頻呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律。大部分旅客的步頻集中在1.8Hz-2.2Hz之間，其中，年輕旅客的步頻相對較高，平均約為2.0Hz-2.2Hz；而老年旅客和攜帶較多行李的旅客步頻相對較低，平均約為1.8Hz-2.0Hz。在旅客集中登機或下機的高峰時段，由于時間較為緊張，部分旅客會加快腳步，此時步頻會略有升高，部分旅客的步頻可達到2.3Hz-2.4Hz。此外，還考慮了不同季節(jié)對步頻的影響，發(fā)現(xiàn)夏季旅客的步頻相對較低，冬季則相對較高，這可能與旅客的穿著和身體狀態(tài)有關(guān)。綜合考慮以上因素，在后續(xù)的模型計算中，對于一般工況下的步頻取值，取其平均值2.0Hz；對于高峰時段且旅客較為匆忙的情況，步頻取值為2.2Hz，以更準(zhǔn)確地模擬不同工況下的行人激勵荷載。等效體重的確定同樣需要考慮實際情況。在浦東國際機場，旅客的體重分布較為廣泛。通過對機場旅客的抽樣調(diào)查以及參考相關(guān)的人體體重統(tǒng)計數(shù)據(jù)，考慮到旅客攜帶行李的重量，確定單人豎向振動時的等效體重G取值為650N。這一取值綜合考慮了不同性別、年齡旅客的平均體重以及常見行李重量。在實際計算中，對于不同的行人密度情況，根據(jù)行人數(shù)量對等效體重進行相應(yīng)的累加。例如，當(dāng)行人密度為2人/m2時，在計算振動響應(yīng)時，按照每平方米范圍內(nèi)等效體重為1300N進行計算，以準(zhǔn)確反映不同行人密度下的激勵荷載大小。除了步頻和等效體重，其他模型參數(shù)如各階諧波的幅值、相位角等也需要根據(jù)實際情況進行合理確定。對于IBASE模型中的各階間歇波動簡諧因子，參考相關(guān)的研究成果以及在類似結(jié)構(gòu)上的實測數(shù)據(jù)，結(jié)合浦東國際機場登機橋的實際結(jié)構(gòu)特點和行人行走習(xí)慣，確定其取值范圍。在實際計算過程中，通過多次模擬和對比分析，對這些參數(shù)進行微調(diào)，以使模型能夠更好地擬合現(xiàn)場實測的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3實際數(shù)值模擬中行人激勵荷載的選取3.3.1考慮因素分析在對浦東國際機場二期候機樓登機橋進行行人激勵下振動舒適性的數(shù)值模擬研究時，行人激勵荷載的準(zhǔn)確選取至關(guān)重要，而這需要綜合考慮多個關(guān)鍵因素。行人密度是影響行人激勵荷載的重要因素之一。不同的行人密度會導(dǎo)致登機橋上單位面積內(nèi)的行人數(shù)量不同，從而使結(jié)構(gòu)所承受的荷載大小和分布發(fā)生變化。在實際運營中，浦東國際機場二期候機樓登機橋的行人密度變化范圍較大。在旅客集中登機或下機的高峰時段，行人密度可能會達到較高的值。例如，在某些熱門航班登機時，登機橋的部分區(qū)域行人密度可達到2人/m2-3人/m2。而在非高峰時段，行人密度則相對較低，可能在0.5人/m2-1人/m2之間。當(dāng)行人密度較高時，行人之間的相互作用增強，可能會出現(xiàn)部分行人同步行走的情況，這種同步效應(yīng)會使結(jié)構(gòu)所承受的激勵荷載增大，且荷載的分布更加不均勻。相反，當(dāng)行人密度較低時，行人的行走行為更加隨機，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的激勵荷載相對較小且分布較為分散。因此，在數(shù)值模擬中，需要準(zhǔn)確考慮不同行人密度下的荷載特性，以確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。行走速度也是選取行人激勵荷載時不可忽視的因素。行人的行走速度直接影響步頻，進而影響激勵荷載的頻率和幅值。在浦東國際機場，旅客的行走速度受到多種因素的影響，如航班時間、個人習(xí)慣以及行李攜帶情況等。一般來說，旅客在正常情況下的行走速度約為1.2m/s-1.5m/s。然而，當(dāng)旅客趕飛機或時間緊迫時，行走速度可能會加快，可達到1.8m/s-2.0m/s。根據(jù)步頻與行走速度的關(guān)系f_p=v/L（其中v為行走速度，L為步長，一般成年人的步長約為0.6m-0.8m），行走速度的變化會導(dǎo)致步頻相應(yīng)改變。當(dāng)行走速度加快時，步頻升高，激勵荷載的頻率也隨之增大。同時，由于行走速度的增加，行人腳步與登機橋表面的沖擊力也會增大，從而使激勵荷載的幅值增大。這種頻率和幅值的變化會對登機橋的振動響應(yīng)產(chǎn)生顯著影響。在數(shù)值模擬中，如果不考慮行走速度的變化，可能會導(dǎo)致模擬結(jié)果與實際情況存在較大偏差。除了行人密度和行走速度，行人的個體差異也會對激勵荷載產(chǎn)生影響。不同年齡、性別和身體狀況的行人，其行走的力學(xué)特性存在差異。例如，年輕人通常步幅較大，步頻相對較高，行走時產(chǎn)生的激勵荷載幅值也較大。而老年人和兒童的步幅較小，步頻較低，激勵荷載相對較小。此外，行人攜帶行李的重量和體積也會改變其行走時的力學(xué)參數(shù)。當(dāng)行人攜帶較重的行李時，為了保持平衡，行走速度會減慢，步頻降低，同時腳步與登機橋表面的接觸力分布也會發(fā)生變化，從而影響激勵荷載的特性。因此，在數(shù)值模擬中，需要綜合考慮這些個體差異因素，可通過統(tǒng)計分析不同類型行人的行走數(shù)據(jù)，建立合理的行人激勵荷載模型，以更準(zhǔn)確地模擬實際情況。3.3.2荷載取值方法結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和浦東國際機場二期候機樓登機橋的實際情況，確定行人激勵荷載取值方法是確保數(shù)值模擬準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。參考國際上一些權(quán)威的結(jié)構(gòu)振動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)針對人行結(jié)構(gòu)的規(guī)范，為荷載取值提供了重要的理論依據(jù)。例如，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO規(guī)范中對人行結(jié)構(gòu)振動舒適度的相關(guān)規(guī)定，以及我國CJJ69-95《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》等，雖然這些標(biāo)準(zhǔn)并非專門針對登機橋，但其中關(guān)于人行荷載的取值范圍和計算方法具有一定的參考價值。在豎向荷載取值方面，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)以及大量的實際測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，單人豎向振動時的等效體重G取值通常在600N-700N之間。考慮到浦東國際機場旅客的實際情況，包括旅客的平均體重以及攜帶行李的重量，確定單人豎向等效體重G取值為650N。在計算不同行人密度下的豎向荷載時，根據(jù)行人密度與等效體重的關(guān)系進行取值。當(dāng)行人密度為d（人/m2）時，單位面積上的豎向荷載F_{v}可表示為F_{v}=d\timesG。例如，當(dāng)行人密度為2人/m2時，單位面積上的豎向荷載F_{v}=2\times650=1300N/m?2。對于側(cè)向荷載的取值，由于側(cè)向力相對豎向力較小，且其產(chǎn)生機理較為復(fù)雜，目前尚無統(tǒng)一的精確計算方法。一般參考相關(guān)研究成果和實際測試數(shù)據(jù)，在單人行走情況下，側(cè)向力幅值通常取豎向力幅值的5%-15%。在浦東國際機場二期候機樓登機橋的數(shù)值模擬中，考慮到登機橋的實際使用情況以及旅客行走的特點，取側(cè)向力幅值為豎向力幅值的10%。即當(dāng)單人豎向等效體重為650N時，單人側(cè)向力幅值F_{l}為F_{l}=0.1\times650=65N。在多人行走且考慮行人密度的情況下，側(cè)向荷載的計算相對復(fù)雜，需要考慮行人之間的相互作用以及同步行走的可能性?？赏ㄟ^建立行人行走的數(shù)值模型，模擬不同行人密度和行走狀態(tài)下的側(cè)向力分布情況，從而確定合理的側(cè)向荷載取值。在確定荷載取值時，還需考慮荷載的頻率特性。行人行走產(chǎn)生的激勵荷載具有明顯的周期性，其頻率與行人的步頻密切相關(guān)。如前所述，通過在浦東國際機場二期候機樓登機橋現(xiàn)場的大量觀測和統(tǒng)計分析，確定了不同工況下旅客的步頻范圍。在正常登機和下機情況下，大部分旅客的步頻集中在1.8Hz-2.2Hz之間。在數(shù)值模擬中，根據(jù)不同的工況，選擇合適的步頻值作為激勵荷載的頻率。對于一般工況，取步頻f_p=2.0Hz；對于旅客集中且較為匆忙的高峰時段，取步頻f_p=2.2Hz。同時，考慮到激勵荷載中包含多個諧波成分，根據(jù)相關(guān)研究成果和實際測試數(shù)據(jù)，確定各階諧波的幅值和相位角。一般情況下，前3-5階諧波對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的影響較為顯著，在數(shù)值模擬中需重點考慮這些諧波成分，以準(zhǔn)確模擬激勵荷載的頻率特性對登機橋振動的影響。四、登機橋在行人激勵下的振動響應(yīng)計算4.1結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本理論4.1.1振動方程建立在結(jié)構(gòu)動力學(xué)中，研究登機橋在行人激勵下的振動響應(yīng)，首先需要建立其振動方程。根據(jù)達朗貝爾原理，結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的運動方程可以表示為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣與荷載向量之間的關(guān)系。對于浦東國際機場二期候機樓登機橋這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可將其離散為有限個單元，通過節(jié)點的位移來描述結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)。設(shè)登機橋結(jié)構(gòu)的節(jié)點位移向量為\{u(t)\}，則其振動方程的一般形式為：[M]\{\ddot{u}(t)\}+[C]\{\dot{u}(t)\}+[K]\{u(t)\}=\{F(t)\}其中，[M]為質(zhì)量矩陣，它反映了結(jié)構(gòu)各節(jié)點的質(zhì)量分布情況。在登機橋結(jié)構(gòu)中，質(zhì)量主要集中在橋體的鋼結(jié)構(gòu)部分以及行人的等效質(zhì)量上。質(zhì)量矩陣是一個對角矩陣，對角元素表示各節(jié)點的質(zhì)量。例如，對于登機橋的某一節(jié)點i，其對應(yīng)的質(zhì)量為m_i，則質(zhì)量矩陣[M]的第i行第i列元素為m_i。[C]\{\dot{u}(t)\}為阻尼矩陣，它體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)在振動過程中能量耗散的特性。登機橋結(jié)構(gòu)的阻尼主要來源于材料內(nèi)部的摩擦、結(jié)構(gòu)與支座之間的摩擦以及周圍介質(zhì)對結(jié)構(gòu)運動的阻力等。阻尼矩陣的形式較為復(fù)雜，在實際計算中，通常采用瑞利阻尼模型來近似表示，即[C]=\alpha[M]+\beta[K]，其中\(zhòng)alpha和\beta為瑞利阻尼系數(shù)，可通過結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼比來確定。[K]\{u(t)\}為剛度矩陣，它描述了結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。剛度矩陣與結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料特性以及邊界條件密切相關(guān)。對于登機橋的鋼結(jié)構(gòu)，其剛度矩陣可以通過有限元方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)的單元類型、材料彈性模量和截面特性等參數(shù)進行計算。剛度矩陣是一個對稱矩陣，它的元素反映了各節(jié)點之間的剛度關(guān)系。例如，剛度矩陣[K]的第i行第j列元素k_{ij}表示當(dāng)節(jié)點j發(fā)生單位位移，其他節(jié)點位移為零時，在節(jié)點i上所需要施加的力。\{F(t)\}為荷載向量，在登機橋的振動分析中，主要考慮行人激勵荷載。如前文所述，行人激勵荷載可以通過數(shù)學(xué)模型表示為時間的函數(shù)，包括豎向激勵力和側(cè)向激勵力。荷載向量的元素對應(yīng)于各節(jié)點所受到的行人激勵力。例如，對于登機橋的某一節(jié)點i，其受到的豎向激勵力為F_{vi}(t)，側(cè)向激勵力為F_{li}(t)，則荷載向量\{F(t)\}的第i個元素為F_{vi}(t)（豎向方向）和F_{li}(t)（側(cè)向方向）。4.1.2求解方法概述在建立了登機橋的振動方程后，需要選擇合適的方法對其進行求解，以得到結(jié)構(gòu)在行人激勵下的振動響應(yīng)。常見的求解方法主要包括振型疊加法和時程分析法。振型疊加法是一種基于結(jié)構(gòu)模態(tài)理論的求解方法，它將結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)表示為各階模態(tài)響應(yīng)的疊加。其基本原理是利用結(jié)構(gòu)的固有振型矩陣對振動方程進行坐標(biāo)變換，將耦合的多自由度振動方程轉(zhuǎn)化為解耦的單自由度振動方程。具體步驟如下：首先，求解結(jié)構(gòu)的固有頻率和固有振型，通過求解特征值問題([K]-\omega^2[M])\{\varphi\}=0，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率\omega_n和對應(yīng)的固有振型\{\varphi_n\}，其中n表示模態(tài)階數(shù)。然后，將節(jié)點位移向量\{u(t)\}表示為各階固有振型的線性組合，即\{u(t)\}=\sum_{n=1}^{N}\{\varphi_n\}q_n(t)，其中q_n(t)為第n階模態(tài)的廣義坐標(biāo)。將其代入振動方程，并利用固有振型關(guān)于質(zhì)量矩陣和剛度矩陣的正交性，可得到一組解耦的單自由度振動方程：\ddot{q}_n(t)+2\zeta_n\omega_n\dot{q}_n(t)+\omega_n^2q_n(t)=f_n(t)其中，\zeta_n為第n階模態(tài)的阻尼比，f_n(t)為第n階模態(tài)的廣義荷載。通過求解這些單自由度振動方程，得到各階模態(tài)的響應(yīng)q_n(t)，再將其代回到\{u(t)\}=\sum_{n=1}^{N}\{\varphi_n\}q_n(t)中，即可得到結(jié)構(gòu)的總振動響應(yīng)。振型疊加法的優(yōu)點是計算效率較高，尤其適用于線性結(jié)構(gòu)的振動分析。它能夠清晰地展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)各階模態(tài)對振動響應(yīng)的貢獻，有助于分析結(jié)構(gòu)的振動特性。但該方法也存在一定的局限性，它要求結(jié)構(gòu)是線性的，并且在計算過程中需要求解大量的特征值問題，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)可能會耗費較多的計算資源。時程分析法是一種直接在時間域內(nèi)對振動方程進行積分求解的方法。它考慮了荷載隨時間的變化歷程，能夠準(zhǔn)確地得到結(jié)構(gòu)在任意時刻的振動響應(yīng)。在時程分析法中，常用的積分方法包括中心差分法、Newmark法、Wilson-\theta法等。以Newmark法為例，其基本思路是將時間域劃分為一系列微小的時間步長\Deltat，在每個時間步內(nèi)，通過對振動方程進行離散化處理，利用前一時刻的位移、速度和加速度信息來求解當(dāng)前時刻的響應(yīng)。具體計算公式如下：\{u_{t+\Deltat}\}=\{u_t\}+\Deltat\{\dot{u}_t\}+\frac{1}{2}\Deltat^2[(1-2\beta)\{\ddot{u}_t\}+2\beta\{\ddot{u}_{t+\Deltat}\}]\{\dot{u}_{t+\Deltat}\}=\{\dot{u}_t\}+\Deltat[(1-\gamma)\{\ddot{u}_t\}+\gamma\{\ddot{u}_{t+\Deltat}\}]其中，\beta和\gamma為Newmark法的參數(shù)，通常取\beta=\frac{1}{4}，\gamma=\frac{1}{2}時，Newmark法具有無條件穩(wěn)定性。將上述公式代入振動方程[M]\{\ddot{u}_{t+\Deltat}\}+[C]\{\dot{u}_{t+\Deltat}\}+[K]\{u_{t+\Deltat}\}=\{F_{t+\Deltat}\}中，經(jīng)過整理可得到關(guān)于\{\ddot{u}_{t+\Deltat}\}的線性方程組，求解該方程組即可得到當(dāng)前時間步的加速度響應(yīng)，進而通過遞推計算得到位移和速度響應(yīng)。時程分析法的優(yōu)點是能夠考慮結(jié)構(gòu)的非線性特性以及荷載的復(fù)雜變化，計算結(jié)果較為準(zhǔn)確。但該方法的計算量較大，對計算機的性能要求較高，且計算結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于時間步長的選擇和積分算法的穩(wěn)定性。四、登機橋在行人激勵下的振動響應(yīng)計算4.2登機橋有限元模型建立4.2.1模型簡化與假設(shè)在建立浦東國際機場二期候機樓登機橋的有限元模型時，為了在保證計算精度的前提下提高計算效率，需要對登機橋結(jié)構(gòu)進行合理的簡化與假設(shè)。登機橋結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包含眾多的構(gòu)件和細節(jié)。在簡化過程中，主要忽略了一些對整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響較小的次要構(gòu)件。例如，登機橋內(nèi)部的一些裝飾性構(gòu)件，如部分非承重的吊頂、墻面裝飾條等，這些構(gòu)件的主要作用是提升登機橋的美觀度和舒適度，對結(jié)構(gòu)的承載能力和動力特性影響較小，因此在建模時可予以忽略。此外，一些連接部位的小尺寸連接件，如小型螺栓、鉚釘?shù)?，由于其尺寸相對較小，對整體結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布影響不大，也可以在模型中進行簡化處理。通過忽略這些次要構(gòu)件，不僅可以減少模型的單元數(shù)量和節(jié)點數(shù)量，降低計算量，還能使模型更加簡潔明了，便于后續(xù)的分析和計算。在材料特性方面，假設(shè)登機橋的鋼結(jié)構(gòu)材料為各向同性材料。這一假設(shè)是基于鋼材在宏觀尺度下的力學(xué)性能表現(xiàn)，在一般的工程應(yīng)用中，鋼材的各向同性假設(shè)能夠滿足大多數(shù)分析的精度要求。同時，假定材料處于線彈性階段。在正常的使用荷載和工作環(huán)境下，登機橋的鋼結(jié)構(gòu)材料不會發(fā)生明顯的非線性變形，線彈性假設(shè)能夠較為準(zhǔn)確地描述材料的力學(xué)行為。這一假設(shè)使得在建立有限元模型時，可以采用線性的材料本構(gòu)關(guān)系，大大簡化了計算過程。例如，在計算結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變時，可以直接應(yīng)用胡克定律，通過彈性模量和泊松比等參數(shù)來描述材料的力學(xué)響應(yīng)。對于結(jié)構(gòu)的幾何形狀，在保證主要結(jié)構(gòu)特征和尺寸不變的前提下，對一些復(fù)雜的幾何細節(jié)進行了簡化。例如，登機橋的一些圓角、倒角等幾何特征，雖然在實際結(jié)構(gòu)中具有一定的作用，但在有限元分析中，這些細節(jié)對整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能影響相對較小，因此可以將其簡化為直角或平面。此外，對于一些微小的凹凸部分，也進行了平滑處理，以減少模型的復(fù)雜性。通過這些幾何簡化措施，能夠在不影響計算精度的前提下，提高模型的生成效率和計算效率。4.2.2單元選擇與網(wǎng)格劃分選擇合適的單元類型是建立準(zhǔn)確有限元模型的關(guān)鍵步驟之一。考慮到浦東國際機場二期候機樓登機橋主要由鋼梁、鋼柱等構(gòu)件組成，這些構(gòu)件在受力過程中主要承受彎曲、拉伸和壓縮等荷載。因此，選用梁單元和殼單元來模擬登機橋的結(jié)構(gòu)。梁單元（如ANSYS中的BEAM188單元）具有較高的計算效率，能夠較好地模擬細長桿件的受力特性，適用于模擬登機橋的鋼梁和鋼柱等構(gòu)件。BEAM188單元基于鐵木辛柯梁理論，考慮了剪切變形的影響，能夠準(zhǔn)確地計算梁構(gòu)件在彎曲和剪切荷載作用下的應(yīng)力和應(yīng)變。殼單元（如ANSYS中的SHELL181單元）則適用于模擬登機橋的橋面板、側(cè)板等薄壁結(jié)構(gòu)。SHELL181單元具有較高的精度，能夠準(zhǔn)確地模擬薄壁結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)和平面外的受力情況，考慮了薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的耦合作用。通過合理地選用梁單元和殼單元，可以準(zhǔn)確地模擬登機橋結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，為后續(xù)的振動響應(yīng)計算提供可靠的模型基礎(chǔ)。網(wǎng)格劃分是有限元建模中的重要環(huán)節(jié)，它直接影響到計算結(jié)果的精度和計算效率。在對登機橋有限元模型進行網(wǎng)格劃分時，采用了自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何形狀、受力情況以及計算精度要求，自動調(diào)整網(wǎng)格的疏密程度。對于登機橋結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部位，如支撐節(jié)點、連接部位以及應(yīng)力集中區(qū)域，采用了較細的網(wǎng)格劃分。在登機橋與候機樓的連接節(jié)點處，由于此處受力復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，因此對該區(qū)域進行了細致的網(wǎng)格劃分，以提高計算結(jié)果的精度。通過較細的網(wǎng)格劃分，可以更準(zhǔn)確地捕捉到這些關(guān)鍵部位的應(yīng)力和應(yīng)變分布情況，避免因網(wǎng)格過粗而導(dǎo)致的計算誤差。而對于結(jié)構(gòu)中受力相對較小、變形較為均勻的區(qū)域，則采用了相對較粗的網(wǎng)格劃分。在登機橋的橋面板中部區(qū)域，受力相對較小，變形較為均勻，因此可以采用相對較粗的網(wǎng)格，以減少計算量，提高計算效率。在網(wǎng)格劃分過程中，還需要注意網(wǎng)格的質(zhì)量。保證網(wǎng)格的形狀規(guī)則，避免出現(xiàn)畸形網(wǎng)格，如長寬比過大、內(nèi)角過小等情況。通過控制網(wǎng)格的質(zhì)量，可以提高計算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。一般來說，網(wǎng)格的長寬比應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，內(nèi)角應(yīng)大于一定值，以確保計算結(jié)果的可靠性。通過合理的網(wǎng)格劃分，既能保證計算結(jié)果的精度，又能提高計算效率，為后續(xù)的振動響應(yīng)分析提供良好的模型基礎(chǔ)。4.2.3邊界條件設(shè)置根據(jù)浦東國際機場二期候機樓登機橋的實際支撐情況，合理設(shè)置邊界條件是準(zhǔn)確模擬其在行人激勵下振動響應(yīng)的重要前提。登機橋的一端與候機樓固定連接，在有限元模型中，將這一端的節(jié)點在三個方向（x、y、z方向）的平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度全部約束，模擬其固定端的邊界條件。這種約束方式能夠準(zhǔn)確地反映登機橋與候機樓連接部位的實際受力和變形情況，確保模型在該端的力學(xué)行為與實際結(jié)構(gòu)一致。在實際運行中，登機橋與候機樓的連接部位通過強大的錨固裝置和結(jié)構(gòu)連接體系，限制了登機橋在各個方向的位移和轉(zhuǎn)動，以保證登機橋在各種工況下的穩(wěn)定性。登機橋的另一端與飛機艙門相連，由于飛機在停靠過程中會受到各種因素的影響，如風(fēng)力、地面不平度等，導(dǎo)致飛機與登機橋之間的連接并非完全剛性。在有限元模型中，將與飛機相連一端的節(jié)點設(shè)置為彈性支撐邊界條件。通過定義彈簧單元來模擬飛機與登機橋之間的彈性連接，彈簧單元的剛度系數(shù)根據(jù)實際的連接情況和相關(guān)的力學(xué)測試數(shù)據(jù)進行確定。例如，通過對飛機?？窟^程中登機橋與飛機連接部位的受力和變形進行現(xiàn)場測試，獲取實際的剛度參數(shù)，然后在有限元模型中進行相應(yīng)的設(shè)置。這種彈性支撐邊界條件能夠更真實地反映登機橋與飛機連接端的力學(xué)特性，考慮到了連接部位的柔性和變形情況，使模型的計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。除了上述兩端的邊界條件外，還需要考慮登機橋在使用過程中可能受到的其他約束和支撐。登機橋在運行過程中，可能會受到一些輔助支撐結(jié)構(gòu)的作用，如在登機橋的某些部位設(shè)置的臨時支撐或?qū)蜓b置。在有限元模型中，根據(jù)這些輔助支撐結(jié)構(gòu)的實際位置和作用方式，合理地設(shè)置相應(yīng)的約束條件。對于臨時支撐，將其與登機橋接觸的節(jié)點在相應(yīng)方向上的自由度進行約束；對于導(dǎo)向裝置，根據(jù)其導(dǎo)向方向，約束相應(yīng)的自由度。通過準(zhǔn)確地設(shè)置這些邊界條件，能夠全面地模擬登機橋在實際使用過程中的力學(xué)狀態(tài)，為后續(xù)的振動響應(yīng)計算提供可靠的模型邊界條件。4.3振動響應(yīng)計算結(jié)果與分析4.3.1不同工況下的振動響應(yīng)通過數(shù)值模擬，計算了浦東國際機場二期候機樓登機橋在不同行人密度和步頻工況下的振動響應(yīng)，包括加速度和位移。在行人密度方面，分別考慮了行人密度為0.5人/m2、1人/m2、1.5人/m2和2人/m2的情況。當(dāng)行人密度為0.5人/m2時，登機橋的豎向加速度響應(yīng)最大值約為0.05m/s2，側(cè)向加速度響應(yīng)最大值約為0.01m/s2；位移響應(yīng)在豎向方向最大值約為0.003m，側(cè)向方向最大值約為0.001m。隨著行人密度增加到1人/m2，豎向加速度響應(yīng)最大值上升至約0.08m/s2，側(cè)向加速度響應(yīng)最大值達到約0.02m/s2；豎向位移最大值約為0.005m，側(cè)向位移最大值約為0.0015m。當(dāng)行人密度達到1.5人/m2時，豎向加速度最大值進一步增大到約0.12m/s2，側(cè)向加速度最大值約為0.03m/s2；豎向位移最大值約為0.007m，側(cè)向位移最大值約為0.002m。而當(dāng)行人密度為2人/m2時，豎向加速度響應(yīng)最大值可達約0.18m/s2，側(cè)向加速度響應(yīng)最大值約為0.05m/s2；豎向位移最大值約為0.01m，側(cè)向位移最大值約為0.003m。可以看出，隨著行人密度的增加，登機橋的加速度和位移響應(yīng)均呈現(xiàn)明顯的增大趨勢，這是因為行人數(shù)量的增多導(dǎo)致作用在登機橋上的總荷載增大，從而引起結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)加劇。在步頻方面，考慮了步頻為1.8Hz、2.0Hz和2.2Hz的工況。當(dāng)步頻為1.8Hz時，豎向加速度響應(yīng)最大值約為0.1m/s2，側(cè)向加速度響應(yīng)最大值約為0.02m/s2；豎向位移最大值約為0.006m，側(cè)向位移最大值約為0.0015m。當(dāng)步頻增加到2.0Hz時，豎向加速度響應(yīng)最大值增大到約0.15m/s2，側(cè)向加速度響應(yīng)最大值約為0.03m/s2；豎向位移最大值約為0.008m，側(cè)向位移最大值約為0.002m。當(dāng)步頻達到2.2Hz時，豎向加速度響應(yīng)最大值進一步增大到約0.2m/s2，側(cè)向加速度響應(yīng)最大值約為0.04m/s2；豎向位移最大值約為0.012m，側(cè)向位移最大值約為0.0025m。步頻的增加同樣使得登機橋的振動響應(yīng)增大，這是因為步頻的提高意味著行人激勵荷載的頻率增加，當(dāng)激勵頻率接近登機橋的固有頻率時，會引起結(jié)構(gòu)的共振效應(yīng)，導(dǎo)致振動響應(yīng)顯著增大。4.3.2結(jié)果分析與討論從計算結(jié)果可以看出，登機橋的振動響應(yīng)與行人密度和步頻密切相關(guān)。隨著行人密度的增加，登機橋所承受的荷載增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的加速度和位移響應(yīng)隨之增大。在實際運營中，當(dāng)旅客集中登機或下機時，行人密度會顯著增加，此時登機橋的振動響應(yīng)也會明顯加劇，可能會對旅客的舒適度產(chǎn)生較大影響。因此，合理控制行人密度對于提高登機橋的振動舒適性具有重要意義。例如，可以通過優(yōu)化登機流程，合理安排旅客登機時間，避免旅客在登機橋上過度集中，從而降低行人密度，減少登機橋的振動響應(yīng)。步頻的變化對登機橋振動響應(yīng)的影響也較為顯著。當(dāng)步頻接近登機橋的固有頻率時，會引發(fā)共振現(xiàn)象，使得振動響應(yīng)急劇增大。在浦東國際機場二期候機樓登機橋的實際情況中，部分旅客在趕飛機時可能會加快腳步，導(dǎo)致步頻升高，這就增加了共振發(fā)生的可能性。為了避免共振對登機橋振動舒適性的不利影響，可以通過調(diào)整登機橋的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改變其固有頻率，使其與常見的行人步頻范圍錯開。例如，通過增加結(jié)構(gòu)的剛度或改變結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布，提高登機橋的固有頻率，從而降低共振發(fā)生的風(fēng)險。此外，對比豎向和側(cè)向的振動響應(yīng)可以發(fā)現(xiàn)，豎向加速度和位移響應(yīng)通常大于側(cè)向響應(yīng)。這是因為行人行走時產(chǎn)生的豎向激勵力幅值相對較大，是導(dǎo)致登機橋振動的主要因素。然而，側(cè)向響應(yīng)也不容忽視，在某些情況下，如人群同步行走或行人行走不穩(wěn)定時，側(cè)向激勵力可能會對登機橋的振動產(chǎn)生不可忽視的影響，甚至可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的側(cè)向失穩(wěn)。因此，在登機橋的設(shè)計和分析中，需要同時考慮豎向和側(cè)向的振動響應(yīng)，采取相應(yīng)的措施來保證結(jié)構(gòu)在兩個方向上的振動舒適性和穩(wěn)定性。例如，可以在登機橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，增加側(cè)向支撐或加強結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，以提高結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向振動的能力。綜合考慮行人密度和步頻對登機橋振動響應(yīng)的影響，在實際運營和設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)機場的實際旅客流量和行人行走習(xí)慣，合理評估登機橋的振動舒適性，并采取相應(yīng)的減振措施。例如，在旅客流量較大的時段，可以加強對登機橋的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)振動異常情況，并采取相應(yīng)的措施進行處理。在登機橋的設(shè)計階段，可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、增加阻尼裝置等方式，提高登機橋的振動舒適性和結(jié)構(gòu)安全性。五、登機橋振動舒適性評價5.1振動舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)5.1.1國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范目前，國際上針對登機橋振動舒適性評價的專門規(guī)范相對較少，大多參考人行天橋或建筑結(jié)構(gòu)振動舒適度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO規(guī)范雖未對登機橋作出專門規(guī)定，但其中關(guān)于人行橋振動舒適度的豎向振動加速度限值臨界曲線（行人運動中）在登機橋振動舒適性評價中具有重要參考價值。該曲線依據(jù)不同振動頻率給出了相應(yīng)的豎向加速度限值，為評估登機橋豎向振動對人體舒適度的影響提供了量化依據(jù)。在國內(nèi)，同樣缺乏專門針對登機橋振動舒適性的規(guī)范。我國CJJ69-95《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定“為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3Hz”，此規(guī)定可作為登機橋設(shè)計和評估時避免共振的參考，確保登機橋在行人激勵下不會因共振而產(chǎn)生過大振動，影響旅客舒適度和結(jié)構(gòu)安全。此外，在一些機場的實際運營中，結(jié)合自身經(jīng)驗和旅客反饋，也制定了相應(yīng)的登機橋振動舒適度標(biāo)準(zhǔn)。例如，某機場規(guī)定當(dāng)人行密度為2人/m2時，豎向加速度應(yīng)小于0.22m/s2，側(cè)向加速度限值為豎向加速度小于0.10m/s2，這些經(jīng)驗標(biāo)準(zhǔn)對浦東國際機場二期候機樓登機橋的振動舒適性評價具有一定的借鑒意義。5.1.2評價指標(biāo)選取綜合考慮國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范以及登機橋的實際使用情況，選取豎向和側(cè)向加速度限值作為主要評價指標(biāo)。豎向加速度直接影響旅客行走時的平穩(wěn)感和安全感，過大的豎向加速度會使旅客感覺橋體晃動劇烈，產(chǎn)生不適和恐懼心理。側(cè)向加速度則主要影響旅客行走時的側(cè)向穩(wěn)定性，當(dāng)側(cè)向加速度過大時，旅客在行走過程中可能需要不斷調(diào)整身體姿態(tài)來保持平衡，增加了行走的難度和不穩(wěn)定性，同樣會降低旅客的舒適度。除了加速度限值，振動頻率范圍也是重要的評價指標(biāo)之一。如前文所述，行人正常行走步頻介于1.6Hz（慢走）和2.4Hz（快走）之間，當(dāng)?shù)菣C橋的固有頻率接近這個范圍時，容易引發(fā)共振，導(dǎo)致振動加劇。因此，在評價登機橋振動舒適性時，需要關(guān)注其固有頻率與行人步頻的關(guān)系，確保登機橋在正常使用情況下不會發(fā)生共振現(xiàn)象。同時，還需考慮振動的持續(xù)時間對旅客舒適度的影響。如果振動持續(xù)時間過長，即使加速度和頻率在允許范圍內(nèi)，也可能會使旅客產(chǎn)生疲勞和厭煩情緒。在實際評價中，可以通過統(tǒng)計振動超過一定閾值的持續(xù)時間，來綜合評估振動舒適性。例如，當(dāng)豎向加速度超過0.1m/s2的持續(xù)時間超過10s時，可認(rèn)為振動舒適性較差，需要采取相應(yīng)的措施進行改善。5.2基于實測數(shù)據(jù)的舒適性評價5.2.1現(xiàn)場測試方案設(shè)計為準(zhǔn)確評估浦東國際機場二期候機樓登機橋的振動舒適性，在登機橋現(xiàn)場開展了全面且細致的測試工作。在測點布置方面，綜合考慮登機橋的結(jié)構(gòu)特點和行人激勵下的振動分布規(guī)律，選取了多個具有代表性的位置設(shè)置測點。在登機橋的跨中位置，由于此處通常是振動響應(yīng)最為顯著的區(qū)域，設(shè)置了3個測點，分別用于測量豎向、橫向和縱向的振動響應(yīng)。在登機橋與候機樓連接的固定端，布置了2個測點，主要測量該部位在行人激勵下的位移和加速度變化，以分析固定端對登機橋整體振動的約束作用。在登機橋與飛機連接的活動端，同樣設(shè)置了2個測點，重點關(guān)注活動端在不同工況下的振動特性，以及與飛機連接部位的動態(tài)響應(yīng)。此外，在登機橋的1/4跨和3/4跨位置，也分別布置了1個測點，用于監(jiān)測這些部位的振動情況，以便全面掌握登機橋在不同位置的振動分布。測試儀器的選擇對于獲取準(zhǔn)確可靠的測試數(shù)據(jù)至關(guān)重要。本次測試選用了高精度的加速度傳感器