人群集度荷载模型及人致振动模拟分析

针对大跨度楼板的人致振动问题,选取北京南站二层候车厅大跨度楼板作为研究对象.基于理想数学模型条件设定假设和等效荷载模型,改进并完善了2种适用于大跨度楼盖的人群荷载模型:人体步态参数服从概率分布的随机概率分布人群荷载模型,以及与交通学和生物学研究成果紧密结合的具有预测性的人群集度荷载模型.通过对比分析北京南站候车厅大跨度楼板在3种人群荷载模型作用下的结构振动响应情况,确定各荷载模型的适用范围并分析各自优缺点.结果表明:人群集度荷载模型对结构在人群荷载作用下加速度响应具有预测性,适用工况范围广.与传统的等效荷载模型相比,采用随机概率分布荷载模型作为结构激励荷载适合用来模拟人群自由行走工况.运用等效荷载模型及人群集度荷载模型模拟人群排队进站荷载工况得到的分析响应结果较为合理.     

列车随机激励下铁路站房结构振动响应分析

列车激励模拟是铁路站房结构振动响应分析首先要解决的问题,目前站房结构振动响应分析中列车激励时程多采用简单列车模型或典型频率谐载组合进行模拟.根据车辆随机振动理论,考虑完整的轨道不平顺谱和轮对间轨道输入相关性,模拟得到基于二系悬挂10自由度列车模型的列车随机激励时程,通过与现有实测数据及模拟时程对比,验证了所得激励时程时频域内的合理性.进行列车随机激励下天津西站大跨度站房结构振动响应分析,研究结构各层振动响应的频谱特性及RMS评价,结果表明：候车厅层振动卓越频率位于人体对竖向振动的最敏感频率范围内,应注意其对人体舒适度的影响.     

高速列车引起站台振动的实测与分析

"站桥合一"站房结构体系是目前铁路站房普遍采用的建筑形式,可以有效满足旅客零换乘的需求,引导旅客合理流动.站台是旅客候车、上车的必经之处,候车过程中一定会经历高速列车进站、出站.当列车高速通过站台时会引起振动,造成旅客的不安和使结构本身产生疲劳振动破坏.针对某"站桥合一"结构体系高铁站台,选取无旅客行走荷载激励时间段,采用CMG-5TCDE地震计进行高铁站台振动加速度实地测量.对测量数据进行背景振动与各种不同车速造成结构振动、不同测点振动以及两车交会行驶时产生振动的对比分析,得出以下结论:背景竖直向振动加速度级仅为53.21 dB,当45 km/h高速列车通过时竖直向振动加速度级提高到74.00 dB,高速列车通过对站台振动产生明显影响;高速列车通过站台引起的竖直向振动加速度远大于东西向和南北向振动加速度,且振动加速度随车速增加而增大,但增大速率逐渐减小;东西向与南北向振动加速度持续时间基本相同,竖直向振动加速度持续时间略有不同;振动在传播过程中存在振动反弹区,本次测试中振动反弹区在14 m处,主要是由于振动波在不同介质中的反射造成的;两车交会行驶时振动加速度持续时间延长,幅值增大,会...     

人行激励下大跨度钢结构连廊舒适度分析

针对大跨度钢结构连廊的特点,采用有限元和自编程序相结合的方法,模拟不同工况,单人、多人有序和随机人群荷载模式,计算该结构的自振特性和动力加速度响应,并进行了不同工况下结构舒适度评价。结果表明,人行荷载频率的影响最大,其次是荷载类型、人群同步概率及人群的集度。     

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。     

车辆荷载作用下钢结构厂房微振动反应的数值模拟及TMD减振控制研究

目的 使用TMD减小车辆荷载作用下钢结构厂房产生的振动响应,进而保证厂房内精密仪器正常使用并延长其使用寿命。方法 基于Midas Gen软件建立钢结构厂房,考虑时速40 km/h、60 km/h的5t卡车及时速60 km/h的5 t卡车与火车共同作用下的三种工况,对钢结构厂房进行激励。结果 TMD的质量比宜选择0.05,设置于响应最大处。三种车辆荷载激励下的平均加速度减小幅度可达到45.81%,平均速度减小幅度可达到20.88%。结论 TMD的质量比越大,对于钢结构厂房竖向振动的减振效果越好;且随着质量比的增大,减振率上升程度趋近于平缓。TMD放置于响应最大处的厂房减振效果要好于放置于靠近激励处。TMD的刚度越大,厂房竖向振动的微振动控制效果越好;随着TMD的刚度增大,减振率上升程度趋近于平缓。     

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.     

循环荷载作用下土质边坡动力响应分析

为研究土质边坡对循环荷载作用的动态响应规律,通过有限元对不同工况下土质边坡的振动响应进行模拟。结果表明,当循环荷载位置及加载频率一定时,边坡各测点竖向加速度、位移和速度响应峰值随循环荷载振幅增大而增大,且加速度和速度大致呈线性关系;各测点响应峰值随边坡高程变化而变化,测点离振源越近,动力响应越剧烈,响应增幅越大;当循环荷载位置及振幅一定时,边坡在1.5~2.5 Hz频段出现强响应,产生对其不利的共振现象;当循环荷载振幅及频率一定时,边坡的响应峰值随着荷载位置距坡肩距离(L)减小而增加,当L超过10 m后边坡振动响应变化幅度趋于不变。研究结果对认识循环荷载对土质边坡的影响及合理评价边坡工程环境振动具有重要的工程应用价值。     

三主桁三索面公铁两用双塔斜拉桥动力特性分析

以某三主桁三索面公铁两用双塔斜拉桥为研究对象,采用ANSYS软件建立了有限元模型,计算了桥梁的振动特性,计算分析结果表明该桥横向刚度相对较小。对于不同成桥索力情况,研究了索力对结构动力特性的影响。然后考虑到列车荷载的影响,将列车荷载以等效均布质量的形式加载桥上,对不同车辆荷载工况进行了动力分析。计算分析结果表明该桥成桥索力对结构振动频率影响不明显,横向振动影响甚微。列车荷载对结构竖向振动频率影响较明显,横向较小。     

列车振动荷载对邻近深基坑的既有站变形影响

通过模拟的轮轨激振荷载 ,分析新建的平行换乘车站深基坑开挖过程中 ,既有车站结构的动力响应 .分析认为 :在换乘站基坑开挖过程中 ,由列车动荷载引起的既有车站结构位移在允许值的 7%范围以内 ;车振荷载主要引起连续墙的竖向振动加速度 ,但基坑开挖后 ,竖向振动加速度变化不大 ,而水平振动加速度幅值有较大增长 .     

行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

高速列车振动荷载下立体交叉隧道结构动力响应分析

文章运用有限元方法建立了高速铁路立体交叉隧道数值计算模型,分析了高速列车振动荷载下交叉隧道结构的动力响应特性,探讨了围岩级别、行车速度、列车通车方式、隧道交叉角度以及岩柱高度等参数对下穿隧道衬砌结构动力响应变化规律的影响。研究结果表明:围岩级别、行车速度及列车通车方式对下穿隧道动应力响应影响较大;下穿隧道衬砌结构的竖向位移、竖向加速度、第一主应力及第三主应力随着围岩级别提高、行车速度增加、行车方式改变而增大,随着岩柱高度增加而减小;随着交叉角度增加,衬砌结构变形、加速度及第三主应力峰值有所减小,但第一主应力峰值增加,这对于抗压强度大于抗拉强度的混凝土结构是不利的。     

列车作用下青藏铁路路基动力响应试验

目的分析研究多年冻土区青藏铁路在列车动荷载作用下路基的稳定性及振动衰减规律.方法选取青藏铁路北麓河段三个典型试验断面,在春季进行了列车荷载作用下的路基动力响应现场试验,采集路基、边坡、道床3处振动数据,统计计算了青藏铁路客车与货车行驶时路基振动的最大和平均加速度幅值,对实测数据进行了功率谱分析.结果路基上货运和客运列车的竖向最大加速度分别为2.213 2 m/s2和2.000 4 m/s2,对应的平均加速度分别为0.149 5 m/s2和0.114 3 m/s2,道床上的振动明显减小.在T28次客运列车的作用下,对于断面Ⅲ,C3测点在振动频率为25 Hz、38 Hz、46 Hz,55 Hz出现峰值,能量集中在18~53 Hz.边坡C4测点振动能量集中在20~65 Hz,C5测点的优势频段为20~80 Hz.结论路基上货运列车的振动比客运列车振动大,同一断面竖向衰减速度大于横向,素土路基各方向衰减小于块石路基,下一测点加速度峰值大致减小为相邻上一测点的1/10.     

地铁列车作用下不同无砟轨道结构振动响应

建立了单趾弹簧扣件、弹性支承块式、橡胶浮置板式3种无砟轨道的空间振动分析模型和地铁列车-无砟轨道系统空间振动分析方程.分别计算了3种无砟轨道在地铁列车荷载作用下的空间振动响应,并比较了系统响应随无砟轨道类型及车速的变化规律.结果表明,系统振动响应随车速的提高而增大;在车速相同的条件下,无砟轨道类型对钢轨竖向位移、轨道板竖向位移、轨道板竖向加速度、轮轨竖向力、脱轨系数及轮重减载率等响应影响较大,对其他振动响应的影响不甚明显;橡胶浮置板式轨道的竖向位移、横向位移与轨距扩大值最大;单趾弹簧扣件轨道轮轨作用力最大,橡胶浮置板轨道轮轨作用力最小;支承块和浮置板振动加速度明显小于钢轨振动加速度;在3种轨道行驶条件下,随着车速提高列车脱轨系数和轮重减载率均增大,竖向振动加速度最大值、横向振动加速度最大值、Sperling竖向舒适度指标和Sperling横向舒适度指标大致呈现先增大后减小趋势.当地铁列车在80km/h以下的运行速度通过这3种轨道结构时,列车的安全性和舒适性均能得到保证.     

移动简谐荷载下浮置板轨道-隧道-地基模型二维振动响应研究

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性，基于轨道-隧道-地基二维耦合模型，通过引入位移势函数和双重傅里叶变换，推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答，研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明，二维耦合模型存在3个自振频率，地层的位移响应以低频为主，峰值频率在1Hz左右，不同荷载频率下地层竖向位移沿深度的变化规律不同.地层加速度响应以中低频为主，第二自振频率对应的地层加速度峰值最大，采用浮置板轨道并不能减少地层振动位移，但可以有效降低1.414倍第二自振频率以上地层振动的加速度响应.增加浮置板质量和降低钢弹簧刚度可以减少地层的加速度响应达到减振目的，改变钢轨扣件刚度和浮置板抗弯刚度对地层加速度响应的影响很小.研究可为地铁环境振动的快速评估提供参考.     

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.     

不同人致激励下空腹夹层板楼盖振动舒适度研究

舒适度是大跨度楼盖中重要的控制指标。基于舒适度评价标准,对大跨度空腹夹层板楼盖进行了动力响应分析,研究了不同人行激励下空腹夹层板楼盖的舒适度性能。结果表明：空腹夹层板振型以竖向为主,在定点激励下,其峰值加速度随着激励频率的增大而增大;通过低阶振型中心的激励产生的加速度大于未通过低阶振型中心路线;有规律人体高强度运动荷载激励下,空腹夹层板峰值加速度较大,在工程设计中应该进行舒适度分析,加强楼盖的振动控制。     

环境激励下人行桥振动时频分析

为研究人行桥在不同环境激励下的振动响应规律,采用Hilbert-Huang变换对某人行桥在噪声激励、车辆荷载、行人荷载以及车辆-行人荷载耦合激励条件下的加速度响应进行分析。结果表明：噪声激励、车辆荷载、人行荷载、车辆-行人耦合激励条件下人行桥的加速度响应幅值逐渐增大,脉冲指标呈逐渐增加的趋势,功率谱幅值不断向高频段偏移。四种激励下,人行桥的加速度响应经过EMD分解后的前五阶IMF的方差贡献率及相关系数较大,且瞬时振幅和瞬时频率呈减小趋势;其能量分布随加速度幅值的增大逐渐增大,车辆荷载作用下其能量熵值最小,能量分布相对均匀。Hilbert-Huang变换对处理复杂环境激励下的桥梁振动响应具有较好的识别效果,本文的分析过程可为同类振动信号处理所借鉴。     

双向隔震铁路桥梁与列车的耦合振动响应研究

为了研究铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的动力性能,本文首先建立一座三跨隔震桥梁三维模型,然后对双向隔震铁路桥梁和列车组成的车桥系统耦合振动进行分析,研究其机理.结果表明,隔震桥梁在横桥向的隔震周期越大,桥梁梁体在列车荷载作用下横桥向位移越大,支座阻尼对桥梁梁体横桥向水平振动的衰减作用更加明显,对桥梁上部结构扭转角和竖向位移的影响可以忽略不计.桥梁横桥向的隔震周期的增大,使车体横摆、侧滚振动位移响应更加剧烈,对车体各个自由度的加速度响应影响可以忽略不计;隔震支座阻尼的增大对车体横摆、侧滚角、摇头角、沉浮和点头角位移响应以及对车体各自由度的加速度响应影响较小.     

列车振动荷载对古建筑的动力影响

在建的北京地下直径线周边有3处需保护的古建筑文物(Ⅰ-明城墙、Ⅱ-老车站、Ⅲ-正阳门和箭楼),对其进行列车振动荷载下的动力影响研究十分必要.应用列车-轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷载,并作为激励作用于动力有限元模型上,通过数值模拟计算,预测评估直径线与既有线列车荷载对周边古建筑文物的振动响应.结果表明,列车振动引起古建筑结构的动力响应随水平距离和竖向距离改变呈规律变化,地下结构以竖直方向动力响应为主,建筑物超过一定高度后,地上结构以水平方向动力响应为主,且地上结构的动力响应高于地下结构;直径线与既有线的列车运营对古建筑产生的振动影响,未超过但接近控制标准,不需特殊减振,应采取适当减振以对古建筑文物的保护留有余量.