人行荷载作用下大跨度梁加速度反应谱研究

加速度响应是舒适度评价体系的重要指标,同时由于结构设计阶段方案的频繁变更,如何快速有效地计算结构的加速度响应尤为重要。首先基于标准行人激励荷载模型,采用APDL建立大跨度简支梁在标准行人激励下的有限元的计算模型;然后对不同步频、阻尼、跨度及边界条件下的动力反应进行时程分析,得到最大加速度反应谱曲线;最后与部分学者推荐的结果进行比较分析。总体而言,标准行人激励荷载模型较为准确;且通过有限元分析消除了数值分析时用梁的挠曲函数代替梁横向位移反应产生的误差;并且解决了用第1振型加速度响应代替结构的加速度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.     

RC框架结构中新型预制装配式楼盖面内变形分析

采用基于反应谱理论的振型分析方法和有限元分析方法对新型预制装配式楼盖进行了空间结构分析,在对比分析的基础上探讨了该新型楼盖的平面内变形特征和合理的抗震设计方法.引入了考虑楼盖实际刚度的串并联多质点系空间振动模型及以其为计算模型的结构抗震设计方法.分析结果表明:新型楼盖连接方式与构造形式能有效地提高预制装配式楼盖结构的整体性,新型楼盖具有较大的面内刚度;新型楼盖在基准设防烈度地震作用下处于弹性工作阶段,可有效防止新型楼盖设计荷载传递路径因楼盖破坏而发生改变;用现行规范设计新型预制装配式楼盖结构存在较大偏差,建议采用考虑楼盖真实刚度的串并联多质点系空间振动模型或修正的串联多质点系振动模型进行结构抗震验算.     

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.     

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%.     

人行荷载作用下大跨悬挂楼盖调频阻尼控制研究

针对一竖向振动频率处于人行荷载范围的场馆大跨悬挂楼盖进行调频阻尼减振控制研究,对比分析场馆整体结构模型和大跨悬挂楼盖局部简化模型的动力特性,基于最优控制原则设计调频质量阻尼器的参数和布置位置,在一般人群随机荷载、极端人群随机荷载、节拍及跳跃人群荷载等12种人行工况下,研究无控和有控大跨悬挂楼盖结构的人激动力响应.结果表明,楼盖结构在无控条件下的振动加速度响应大大超过限值要求,但通过合理的调频阻尼减振设计,有效抑制该大跨楼盖人激振动响应,最大峰值加速度减振效果达61%;楼盖结构位移响应很小,虽在人激荷载作用下可不予考虑,但调频阻尼器仍对其具有良好的控制效果.研究成果可为类似工程结构在人行荷载作用下的控制设计提供借鉴参考.     

基于烦恼率模型的人致人行桥振动舒适度分析

为实现人致人行桥振动舒适度定量计算,首先,在同一坐标系中研究隶属度函数与人行桥加速度响应之间的函数关系,联系桥上行人心理连续体上的感受区间呈非等距特征,提出基于Stevens幂函数定律的改进隶属度函数,将改进隶属度函数与传统计算公式及实验结果进行比较;其次,综合考虑行人主观反应随机性、个体差异性及变异性,建立人致人行桥振动烦恼率模型,为舒适度定量计算提供理论依据;最后,在基于烦恼率模型的分析方法框架之下建立人行桥竖向及侧向振动舒适度分析方法,建议同时考虑竖向及侧向耦合振动舒适度评价方法,并采用一个实桥分析案例对上述分析流程的应用进行说明。研究结果表明:隶属度与加速度响应之间呈指数函数关系,即服从Stevens幂函数定律;当加速度响应小于人体承受极限时,可采用逐级增量法对行人心理物理量进行描述;改进隶属度函数值与传统隶属度值、实验值之间的最大误差均不超过1%;竖向及侧向振动烦恼率曲线的误差不超过0.04,且变异系数的影响不超过3%;综合考虑人体在不同振动环境下的敏感程度,建议容许烦恼率指标取为22%,具体评估工作中不可忽略人行桥振动响应对容许烦恼率指标的影响;烦恼率计算值与实测值之间的误差不超过3%;该类结果可为在役桥梁振动舒适度定量计算提供直接参考。     

跳跃荷载下大跨楼盖的振动加速度反应谱

利用实测92人次506条跳跃荷载记录,计算每条记录的单自由度系统加速度峰值及10s和1s移动均方根峰值等反应谱曲线,并在此基础上提出了面向工程设计的反应谱表达式.由试验数据的分析获得了不同阻尼比和保证率下的反应谱参数及不同响应代表值间的转换关系.结合振型分解反应谱思想,可由建议反应谱计算单人跳跃下楼盖的动力响应.通过与模型试验和工程实测的对比验证了反应谱方法的可行性,可用于楼盖的振动舒适度设计.     

基于改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度研究

针对现行人行桥设计规范舒适性评价结果过于保守的问题,首先,基于随机步行荷载模型,经过时程分析得到结构的峰值加速度及行人实感的最大响应分布,通过研究二者之间的相关关系,定义了振动响应折减系数,并建议采用行人实感最大响应作为人行桥舒适度指标;其次,建立了基于改进隶属度函数的烦恼率模型,给出了不同使用环境下的烦恼率曲线;最后,提出考虑行人实感和改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度评价方法,以荆州市某人行天桥为例,进行振动舒适度评价。研究表明:峰值加速度与行人实感响应具有显著的相关性,根据振动响应折减系数可建立对应关系;烦恼率拟合曲线与计算结果曲线的最大误差不超过3%,且变异系数取值不同带来的的影响不超过1%;与峰值加速度相比,考虑行人实感的烦恼率计算值与实测值更接近;该类结果对人行桥振动舒适度定量计算具有参考借鉴意义。     

X型超高层建筑的三维风荷载及风振响应

以某X型超高层建筑为工程背景,研究了该超高层建筑顺风向、横风向以及扭转风荷载系数沿高度方向的分布规律.以质量和刚度相同、动力特性相近为原则使用简化的自由度缩聚模型代替结构精确有限元模型,计算结果显示结构位移与加速度响应均以一阶模态响应为主,该模型代替精确有限元模型能够满足工程计算需要.对质量中心和刚度中心重合的结构,扭转加速度响应在合加速度响应中占有的比例较小,结构在3个方向上振动的耦合程度不高.提出的合成位移投影方法计算出的沿坐标轴方向的风振系数能够保证X和Y方向最大位移与合成位移最大值的同步性,并考虑了横风向风振的影响略大于顺风向风振系数.     

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.     

高耸结构风振响应的MTMD控制研究

研究了MTMD对北京奥林匹克公园中心演播塔在强风作用下风振响应的振动控制效果.基于随机振动理论,利用M.Shinozuka方法对该塔的脉动风荷载进行数值模拟,得到了6条脉动风荷载时程曲线;利用大型三维空间有限元软件MIDAS/GEN7.3.0建立了该塔三维模型,并对该塔进行了动力特性分析,同时利用6条脉动风荷载时程曲线,对该塔的风振响应进行了MTMD振动控制研究,以该塔顶层的风振响应为优化目标,对MTMD的参数进行了优化研究.结果表明:该塔的加速度风振响应超过了规范的容许值,设置MTMD后该塔的风振加速度响应有明显的减小;最优参数的MTMD对该塔的风振加速度响应和位移响应的减振率分别为30.5%和46.0%.MTMD吸收了大量的能量,对该塔的风振响应有明显的控制作用.     

快速列车对长沙高架车站的振动与噪声模拟分析

列车运行产生的二次噪声与振动已经成为轨道交通系统所面临的主要环境问题,而目前相关研究主要集中于民用建筑与桥梁结构,对火车站等大型结构的研究鲜见于文献.本文针对快速列车运行时对长沙高架车站候车厅内产生的振动与二次结构噪声问题,提出了一种整合预测分析方法.该方法基于高架车站振源—传播—响应的有限元模型,通过谱有限元法来实现对二次噪声的精确预测.分析结果表明了该整合预测分析方法的有效性.     

某人行桥动力响应分析建模与计算

旨在研究某人行桥在行人动力荷载下的动力响应.在建立结构动力模型和行人荷载模型的基础上,进行动力分析与计算,得到了结构动力响应.结果表明,在竖向和侧向振动方向上,最大感知加速度值均超过了限值.最后定量提出了TMD减振措施.     

黏弹性人工边界-地基-基础-塔筒风致响应特性分析

首先,建立三维黏弹性人工边界和固定边界的地基-基础-风力发电机塔筒相互作用的有限元模型.然后,编制程序模拟了以Davenport谱为目标谱的脉动风场,并对其加以验证.最后,通过实测数据与数值结果的比较,验证了本文所用数值模型的准确性,分析了不同边界条件下风机结构、地基的自振特性,进而对风振反应进行时域计算和频域内的功率谱分析,并考察了不同边界条件下整个结构体系的响应情况.数值与理论分析结果表明:(1)澄清和解释了风振响应谱峰的物理意义;(2)对于顺风向的振动,筒型基础内外地基土的振动情况基本相同;对于竖向振动,相对于筒外土,由于上部结构的压载及筒型基础的"环箍效应"筒内土的振动很小;(3)两种边界条件下塔筒顶端的响应几乎完全一致;采用黏弹性人工边界的地基,地基的振动频率明显减小.此外,还给出了可供工程分析的相关建议.     

基于同步挤压小波变换的结构时变参数识别

提出了采用同步挤压小波变换的方法识别移动车辆荷载作用下桥梁时变参数.首先介绍了基于挤压小波变换的时变参数识别理论方法,随后用两层框架结构数值算例验证提出方法的有效性和精度.设计建立了移动小车通过钢梁的试验模型,建立结构的有限元模型并利用模态试验的结果对模型进行校正.采集车辆通过主梁时的加速度响应和应变响应,由应变数据估计小车不同时刻在梁上的位置,对加速度响应数据采用提出的方法识别结构的瞬时频率,与有限元计算的结果进行对比分析.研究结果表明:提出的方法能有效准确地识别时变结构的瞬时频率,具有一定的抗噪性.     

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。     

大跨屋盖结构风效应的风洞试验与原型实测研究

以广州国际会展中心为工程案例,进行了刚性模型风洞试验和有限元模态分析,在此基础上计算了屋盖的风致位移响应,结果表明,对于屋盖风振响应影响最大的因素是结构的基阶振型,其次才是风荷载;随着阻尼比的增加,位移响应谱的共振峰得到了有效平抑,峰值位移响应也随之减小.基于现场实测,提出功率谱点积识别大跨屋盖结构竖向整体振动固有频率的方法,并与有限元计算结果进行了对比分析,实测得到的前4阶固有频率与振型均能与有限元模型较好吻合,其中基阶固有频率的相对误差仅为0.3%,证明了该方法的有效性.     

姿轨控发动机结构的中频振动响应分析

为了提高姿轨控发动机结构环境试验的设计水平，迫切需要研究相应的环境试验响应分析方法。基于姿轨控发动机中频振动特征明显这一特点，综合考虑各组件的模态数及结构特征，为姿轨控发动机建立了适用于中频响应分析的混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)模型。在地面试验中，由于使用振动台，输入功率无法直接采用现有理论进行计算，提出了一种基于连接界面随机振动加速度功率谱密度的振动台激励输入功率计算方法，用以实现发动机结构在振动台激振下的响应预示。基于混合有限元-统计能量分析的姿轨控发动机结构响应预示结果与振动台试验的响应测量结果比较，结果表明，混合有限元-统计能量分析方法在中频分析频段内能够准确预示结构响应，当随机子系统的模态数大于3时，对应中心频率下的结构中频响应预示误差均小于±3 dB,具有良好的环境试验响应预示精度。混合FE-SEA方法的预示结果准确性与随机子系统在分析频带内的模态数密切相关，当模态数较小时，预示结果与试验结果在较低频带的误差变得显著。该研究内容为姿轨控发动机结构的中频振动响应分析提供了有效参考。     

深圳老街地铁车站自由场地地震动力特性数值分析

目的探讨场地类别差异对峰值加速度和反应谱卓越平台值的影响.方法建立深圳某地铁车站自由场地动力有限元数值模型,采用Lanczos特征值法提取自然频率与振型,通过Newmark逐步积分方法,求解考虑几何和材料非线性的动力平衡方程,并在此基础上,针对地震力作用下自由场地,进行了动力固有特性和动力响应时程分析.结果该场地在以淤泥质土、砂质黏土为主软土层内,频宽变窄,极值谱幅增大,6Hz以上高频成分谱值显著减弱,频谱分布呈现典型的软土双峰特征;在以粗砂、人工填土为主的土层双峰特征变弱,卓越平台幅值增大.结论该自由场地地震动频谱和加速度谱呈现出低频放大、高频过滤典型中软场地地震动特征.