人行荷载作用下结构的竖向振动分析与控制

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随着轻质和高强建筑材料的运用、结构分析和设计技术的进步、建筑使用功能的需要以及施工技术的发展,许多大跨度结构在大型公共建筑中广泛应用。大跨结构如大跨人行天桥,具有跨度大、质量轻、阻尼低等特点,尽管在结构设计中能够保证此类结构的承载力和变形满足规范的要求。但在大量的人员通行时,大跨轻质结构会产生显著的动力响应,这种振动达到一定程度时,常常会使居住者或使用者感觉不舒服甚至恐慌,极大地降低了结构的适用性。所以,基于人体舒适度的大跨度结构在人行荷载作用下的减振控制尤为必要。本论文以某室内人行桥为工程背景,较系统的研究了大跨结构人致振动舒适度问题和减振控制。主要分析了箱型截面人行桥在人行荷载作用下的动力响应,评价了该人行桥在人行荷载作用下的舒适度问题,同时布置调频质量阻尼器系统(TMD),以减小它们的竖向振动响应,保证结构的使用安全和人员的舒适感,主要研究内容如下:1、阐述了常见人行荷载的特点和模型,综合分析了国内外楼板结构振动的研究概况以及楼板振动规范,结合本工程的实际情况,总结出了大跨结构在人行荷载激励下的振动舒适度评价方法和分析方法;2、介绍了竖向减振装置TMD的理论和参数设计方法,利用等效线性化方法将有阻尼的单自由度体系等效为无阻尼的单自由度体系,在此基础上利用无阻尼主结构TMD参数优化的结果推导了有阻尼主结构TMD最优参数;3、针对既有室内人行桥结构特点,确定该人行桥的边界条件,单独建立该结构的有限元模型,并进行动力特性分析。根据自振频率和振型初步判断竖向振动最不利的区域,并考虑在不同人行荷载工况下计算人行荷载作用下的动力响应,最后根据规范评价了结构竖向振动的舒适度性;4、根据竖向TMD理论,在竖向振动最不利区域布置了调频质量阻尼器系统,并计算了TMD的减振效果,减振后的加速度响应满足现有规范的要求。最后,总结了全文所做的工作,得出相应的结论并提出下一步要做的工作。
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