汽车对人行天桥的追风效应
最近在验收两座大跨径铝合金人行天桥时,发现当一些汽车经过时,站在桥上竟然有明显的振感。经查阅相关文献,得出结论应该是桥下汽车经过时产生的追风效应导致的。
天桥的车致振动
汽车也是导致人行天桥产生振动的一种振源。人行天桥的车致振动主要有两种方式,一种是过往车辆通过地面传播振动,另外一种是过往车辆在桥下净空高度处产生的气流运动对人行天桥的影响。有研究表面,前者产生的影响比人致振动小而后者产生的影响不容忽视。这种由于以一定速度行驶的车辆产生的气流运动而使人行天桥主梁产生振动的现象称为追风效应。目前规范对这块没有明确的规定。
追风效应原理
基于流体力学的观点,可以得出在无风条件下人行天桥受到过往车辆产生的追风效应的原理:
(1)车辆以一定速度向前行驶的过程中,其前部空气受挤压而使压力升高,被排挤的空气一部分随着车辆向前流动,另一部分则向车辆后方流动填补车辆侧面及尾部的空气负压而形成环向流动;
(2)随着车辆的不断前行,当气流遇到人行天桥这一障碍物后,除部分气流随车继续前进外,其余的气流会从人行天桥两侧绕过继续向车后方运动填补负压区形成环流。此时,当人行天桥左侧气流的运动速度大于右侧时,人行天桥受到的竖向正压较大,而当左侧气流的运动速度小于右侧时,从其右边界绕过来的气流一部分与左边界处的气流汇合向车的后方运动,另一部分在桥面上方形成一个小的环流,人行天桥受到的竖向负压较大;
(3)车辆驶离人行天桥,但填补车辆后方的气流仍对人行天桥有影响,所以竖向力曲线此时仍有小幅波动;
(4)从人行天桥所受力的性质来看,横向力和竖向力都属于具有随机脉动性质的瞬时荷载。其中竖向瞬时荷载是导致人行天桥主梁产生明显振动的直接原因。
研究表明车速对人行天桥的追风效应影响较大,而小型车几乎可以不考虑追风效应影响。本次验收的两座天桥均为大跨铝合金桁架天桥,结构简支,计算跨径均为40m左右,汽车的追风效应对这种大跨轻型铝材桁架结构的影响应该会更显著。
后记
可以试想一下,如果一架飞机从一座桥下经过,产生的追风效应会有多大呢,当然这种情况可能只会在电影里面才能看到。