大跨度人行钢拱桥人致振动舒适度评价

对一座大跨度人行钢拱桥进行有限元分析,并按照国外规范对该桥人致振动舒适度进行评价,分析结果表明该桥人行舒适度良好,在运行中不会发生过大的人致振动。结合分析结果对人行桥舒适度设计进行探讨,认为大跨人行桥竖向基频通常难以满足我国人行天桥规范要求,可参照国外规范进行舒适度评价。     

步行荷载激励下大跨度楼盖加速度反应谱分析

首先介绍了运用数值分析方法研究加速度反应谱的基本思路,并指出该方法的不足;然后针对加速度是楼盖人致振动控制和舒适度评价的重要指标,采用APDL建立大跨度楼盖在标准行人激励下的有限元计算模型,对不同自振频率的楼盖模型进行动力时程分析,得到楼盖的最大加速度反应谱曲线;最后分析了测点位置、阻尼、跨度及行人数量对楼盖加速度的影响,与部分学者推荐的研究结果进行比较分析.结果表明:有限元分析方法可以消除数值分析时用挠曲函数代替横向位移反应产生的误差;该方法解决了用第1振型加速度响应代替结构的加速度响应,导致预测的结构振动响应结果偏小的问题.     

人行荷载模型与人致结构振动试验研究

为建立大跨楼盖结构人行荷载模型及人致振动分析方法,开展了楼盖模型结构人致振动试验研究.基于实测的动荷载因子值,建立了人行荷载傅里叶级数模型.依据结构动力学原理,建立大跨楼盖结构人致振动方程,采用Wilson-θ法及有限元分析计算大跨楼盖人致振动响应.基于7.7 m×4.7 m楼盖模型结构,开展了单人及多人不同行走频率工况下的人致结构振动试验,讨论了模型结构人致振动加速度响应的变化规律,并对比分析了理论计算与试验结果.结果表明,多人固定步频行走下的结构振动响应明显高于自由行走下的结果.不同工况下的模型结构人致振动试验结果与计算分析结果均较为吻合.建立的人行荷载模型及人致振动分析方法能有效预测人行荷载激励下大跨楼盖的振动响应.     

考虑人行激励影响的钢筋混凝土框架教学楼动力性能研究

对钢筋混凝土框架教学楼结构进行人行激励实测试验.考虑楼梯对主结构的作用,建立不考虑填充墙影响和考虑填充墙影响的两种有限元模型,通过计算自振周期与实测自振周期进行对比,修正两种有限元模型.通过不同的活载取值分别考虑静止人群荷载、空载和人行激励荷载3种工况,采用IDA分析方法进行动力计算,对比分析上述两种模型在3种工况下的地震动力响应,研究填充墙对结构有限元模型动力性能的影响.计算结果表明,对于考虑人行激励影响的钢筋混凝土框架教学楼结构进行IDA分析时需要考虑填充墙的影响;结构在空载工况下最为有利,静止人群荷载工况次之,人行激励荷载工况下最为不利.     

人群行走荷载作用下的人致结构振动

以生物力学和交通领域相关研究成果为基础,提出了一种精细化的随机人群荷载作用下的人致结构振动分析方法.首先以生物力学试验数据为基础,拟合了人步行速度与步频之间的关系式;然后借助交通领域的人流集度与人流速度关系模型,结合目前结构领域关于单人荷载模型的研究成果,建立了精细化的随机人群荷载模型,推导了该人群荷载模型下的结构动力平衡方程,并采用自编程序对该方程进行求解,得出了结构的人致响应;最后通过ISO2031标准对文中建立的荷载模型下结构的人致振动舒适性进行评价,并与BS5400荷载模型进行了比较.结果表明,文中所建立的荷载模型较好地考虑了人群荷载对结构的作用,避免了目前人群荷载作用下人致振动分析参数取值的盲目性.     

基于弹性约束的轻质楼盖人致振动舒适度控制

考虑感知者、行人和结构三者相互的动力耦合作用，形成行人-楼盖-感知者全路径耦合振动模式，以概率的形式评估了轻质楼盖的振动舒适度，并对楼盖的过量振动采用弹性约束进行了控制.为体现弹性约束对楼盖人致过量振动的有效性，采用TMD控制与其进行对比. 用DQ-IQ法处理建立的行人-楼盖-感知者耦合振动控制方程，以CFS组合楼盖为计算模型，得到当行人以不同步频在楼盖上行走时楼盖跨中与感知者的动力响应，并对比了采用TMD和弹性约束时的控制效果.以舒适度限值为参照标准，统计了在这两种控制措施下楼盖与感知者满足舒适度限值时的累积概率.结果表明，对于轻质楼盖，在刚度系数分别取0.5和3时，楼盖满足舒适度要求的概率由13.57%增加到86.98%，感知者的舒适度概率由11.75%增加到79.86%，极大程度地提高了舒适度概率，可为设计时边界条件转动刚度的选取提供参考. 在刚度系数取2时，楼盖的舒适度概率为68.80%，而感知者的舒适度概率仅为57.97%，相差10.83%. 在考虑人致振动时，感知者相对于结构在同等条件下更容易产生舒适度问题，建议在舒适度评估时增加感知者的加速度峰值.     

吊杆式钢楼梯的设计和研究

出于空间无遮挡的视觉要求,对苏州大剧院中北部的半室外钢楼梯采用了无梯柱的吊杆支撑形式。对该吊杆式钢楼梯进行静力分析、自振模态分析、地震响应分析,以及人行激励荷载下的舒适度分析,发现该楼梯的最大应力比、最大挠度、最大水平位移、层间位移角、前三阶模态的频率、舒适度等均满足设计规范的要求。     

钢结构人行天桥的动力分析与舒适度评价

文章以合肥市某两跨连续钢结构人行天桥为例,采用有限元分析方法对该天桥进行了动力特性分析,研究了引起人行天桥振动的两种外部荷载激励和对实例中的钢结构人行天桥进行了舒适度评价.     

随机人群荷载下大型火车站房大跨楼盖减振设计与分析

针对大型火车站房的大跨楼盖的振动舒适度问题,建立了某大型站房的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行了模态分析,研究了这类建筑中大跨楼盖的振动特性.以IABSE建议的单人步行激励为基础,考虑行人起步相位角随机分布,提出了楼盖随机人群荷载模拟方法,应用该方法对该大跨楼盖进行了人行荷载模拟,并通过多点输入和时程分析法对该楼盖进行了振动舒适度分析.总结已有的研究成果,根据大跨楼盖的振动特性,提出了大跨楼盖多重调谐质量阻尼器(MTMD)的减振设计方法,据此对楼盖进行了MTMD减振设计与分析.结果表明,利用该方法设计MTMD减振系统可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动,最大衰减率达到72%,各工况下平均衰减率可达44%.     

基于ANSYS的大跨旋转楼梯结构振动分析

对实际工程中出现的大跨旋转楼梯,普通设计计算方法已经不能满足对建筑以及结构等方面的要求.利用有限元结构分析软件进行结构振动分析计算,以得到结构动力特性,了解结构整体力学性能,并得出采用扁钢作为踢板可以有效地提高结构的整体刚度,从而避免结构晃动过大,增加了舒适度.为相关工程提供一定的参考.     

异型钢空腹夹层板的舒适度分析

钢空腹夹层板由于结构高度小,适应跨度大,用钢量省,被广泛地应用于大跨度楼盖中.但由于结构自重轻、自振频率较小的特点,其更容易在人行激励作用下出现舒适度问题.本文首先对贵州都匀地区某新建酒店的大跨度钢空腹夹层板楼盖进行动力特性分析,分析其频率与振型,然后采用行走路线法对楼盖施加激励时程,进行舒适度时程分析.分析表明,按强度理论设计的钢空腹夹层板楼盖的自振频率较低,接近规范给定的限值.舒适度时程分析的加速度响应满足规范要求,可以用于工程实践.     

异型钢空腹夹层板的舒适度分析

钢空腹夹层板由于结构高度小,适应跨度大,用钢量省,被广泛地应用于大跨度楼盖中.但由于结构自重轻、自振频率较小的特点,其更容易在人行激励作用下出现舒适度问题.本文首先对贵州都匀地区某新建酒店的大跨度钢空腹夹层板楼盖进行动力特性分析,分析其频率与振型,然后采用行走路线法对楼盖施加激励时程,进行舒适度时程分析.分析表明,按强度理论设计的钢空腹夹层板楼盖的自振频率较低,接近规范给定的限值.舒适度时程分析的加速度响应满足规范要求,可以用于工程实践.     

铝合金单层球面网壳结构阻尼特性

通过现场实测对铝合金板式节点单层球面网壳结构的阻尼比进行了分析研究.针对一平面尺寸45 m×45 m,矢高2.86 m的铝合金板式节点单层球面网壳结构,设计了11种工况,通过现场实测采集了160条人工激励下的节点加速度自由衰减振动信号以及6条环境激励下的节点加速度振动信号,采用解析模态分解法(AMD)结合希尔伯特变换识别结构的自振频率和阻尼比.对所得数据进行分析,建议铝合金板式节点单层球面网壳的结构阻尼比取4%.运用实测阻尼比数据建立有限元模型分析结构动力响应,对应实测节点加速度响应曲线和有限元计算得到的响应曲线吻合较好,所测得阻尼值可为现行规范修订提供依据,为结构动力分析与工程设计提供参考.     

基于ABAQUS和小波包能量谱的钢桁架损伤预警

用大型结构有限元分析软件ABAQUS建立了钢桁架完好模型和损伤模型,并模拟结构受到瞬态激励的振动测试实验,得到了结构动力响应信号。利用小波包变换对完好结构信号和损伤结构信号分别进行了多尺度分解得到小波包能量谱,并在此基础上计算结构损伤预警指标。结果表明,小波包能量谱对结构损伤具有很好的损伤敏感性,验证了该方法的有效性且具有良好的工程实际应用价值。     

基于随机行走模型的人致人行桥振动响应分析

为研究人致荷载中的随机性对人行桥结构振动响应的影响,首先,提出了四种考虑时—空多尺度的随机行走模型,对随机步行荷载激励下的动力学方程进行了解耦;其次,分析了每种模型的峰值加速度响应、桥上驻留人数以及人群占位区间上的变化规律;最后,对比研究了不同模型之间的区别。研究结果表明：有序排列模型(OAM)的响应值域范围较广,易出现大幅振动,人行桥峰值加速度出现时刻,人群荷载主要作用在跨中位置;随机分布模型(SDM)、随机到达模型(SAM)以及动态平衡模型(DEM)的峰值加速度响应均服从正态分布规律,且结构最大响应时人群主要分布在下桥端附近;SDM的驻留人数主要与初始时刻人数相同,DEM的驻留人数取决于稳态下的行人数,SAM则相对均匀;考虑行人行走随机性的四种模型可用于人致人行桥振动响应分析和舒适度评估。     

索杆肋梁组合楼盖人致振动有限元研究

索杆肋梁组合楼盖是一种采用拉索通过撑杆支承混凝土肋梁的新型预应力组合楼盖结构,此种结构具有较好的力学性能,可以采用较少材料实现较大跨度.同时,这也使得结构的整体刚度相对较小,在人行荷载激励下,楼盖可能会产生较大的振动.本文采用有限元分析工具MIDAS/GEN,建立了一榀索杆肋梁组合楼盖结构计算模型,研究了结构的自振特性;随后,研究了踏步荷载下结构的加速度响应;最后,对垂度、拉索直径、撑杆直径以及混凝土肋梁梁高这4个参数对人致振动响应的影响规律进行了研究.结果表明,混凝土肋梁梁高和拉索直径对结构加速度的影响最大,其次是撑杆直径,垂度影响最小.     

压电柔性臂的传感器/致动器优化配置与振动主动控制

以欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)悬臂梁为模型,对压电柔性臂系统的传感器/致动器的优化配置和振动主动控制问题进行推导,简化了智能压电柔性臂系统的动力学方程和压电传感/致动方程,并建立了系统状态空间表达式.从传感器/致动器对相应模态的贡献出发,给出一种考虑模态权重的目标函数,并采用遗传算法对同位配置时的传感器/致动器的优化配置进行研究.基于优化布局结果在柔性臂上黏贴压电致动器和传感器,建立模糊逻辑控制器,对柔性臂在自由衰减和持续激励的情况下分别进行振动主动控制实验.实验结果表明柔性臂在两种激励下的振动均得到到了有效抑制,所提出的优化配置方法和模糊控制策略是可行的.     

基于行走行为研究的人群荷载作用下人致振动分析

以生物力学和交通领域相关研究为基础，提出了一种精细化的随机人群荷载作用下的人致振动分析方法。该方法首先以生物力学领域试验数据为基础，拟合人步行速度与步频之间的关系式，采用交通领域研究人流集度与人流速度关系模型，结合目前结构领域关于单人荷载模型的研究，建立精细化的随机人群荷载模型，推导该人群荷载模型下的结构动力平衡方程，采用自编程序对该方程进行求解，得出结构的人致响应。最后通过ISO2031标准对结构的人致振动舒适性进行评价。本文所建立的荷载模型，可以较好的考虑人群荷载对结构的作用，避免了目前人群荷载作用下人致振动分析参数取值的盲目性。     

道路交通引起城市人行钢桥振动特性分析

为了研究道路交通引起的城市人行钢桥振动特性,基于线性动力学理论,采用MSC.MARC建立全桥三维模型进行瞬态动力分析.通过对人行钢桥简化模型的动力求解,拟合出动力变化系数与频率比关系曲线,并对道路交通荷载引起的人行桥振动问题进行理论分析.按照实际人群密度和实测道路交通荷载激励分别计算了人行钢桥的动力响应.分析结果表明,在道路交通荷载激励下人行桥上部结构的振动较大,对于自振频率较高的城市人行钢桥,道路交通荷载对人行桥振动的影响更为明显,城市人行桥振动控制应当考虑综合激励环境下的影响.     

大跨度连廊人致振动分析与减振设计

综合目前人行荷载和舒适度评价的研究成果,模拟不同工况下单人、多人有序和随机荷载,对某大跨度钢结构连廊进行振动特性和舒适度分析.根据结构的振动特性,借鉴MTMD相关研究,对大跨度钢结构连廊进行MTMD减振设计.结果表明,利用MTMD减振系统可以有效地控制结构的竖向振动,满足舒适度的要求.