人行荷载激励下大跨楼盖振动舒适度控制研究

针对某大跨度连体楼盖结构的舒适度问题,通过建立有限元整体模型,研究大跨楼盖的振动特性.模态分析表明该楼盖的一阶竖向振动频率与人行频率非常接近,因此在大量人群荷载激励下极易引起舒适度问题.采用结构减振控制理论,选用多重调谐质量阻尼器(MTMD)对结构在不同人群密度、不同人行频率的人行荷载作用下的振动进行控制.按本文方法在合适部位布置TMD后,所有工况下加速度峰值均能满足舒适度要求.对大跨楼盖结构人致振动控制的研究具有参考意义.     

忽略梁板轴线相对偏移对人行荷载下大跨楼盖TMD减振的影响

为研究忽略梁板轴线相对偏移对大跨楼盖在人行荷载下TMD(调谐质量阻尼器)减振的影响,以某酒店会议中心大跨楼盖为研究对象,将大跨楼盖分为梁板轴线对齐模型和梁顶与板顶齐平模型,分别进行动力特性分析,针对各自主要竖向振型加设人行荷载,依据各人行荷载下楼盖的振动响应,对两种楼盖模型分别设计了不同的TMD减振方案。对比发现:相比于梁板轴线对齐的楼盖结构,考虑梁板轴线相对偏移时,楼盖结构的梁板刚度和竖向自振频率均偏大,各人致激励工况下的振动响应和TMD减振设计方案完全不同。最后,将梁板轴线对齐模型的TMD减振方案以同样位置布置于梁顶与板顶对齐模型时,发现TMD无明显的减振效果,说明了在对大跨楼盖做人行荷载下的舒适度分析时,应充分考虑梁板轴线相对偏移的影响。     

大跨楼盖结构减振设计与分析

针对大型火车站房的大跨楼盖的振动舒适度问题,围绕基于人体舒适度的大跨楼盖减振设计理论和方法,首先介绍了新研制的可调节刚度调谐质量阻尼器（tuned mass dampers,简称TMD）;随后,系统研究了各种可能引起动力效应的人体活动,建立了起立、步行等人致动力荷载的模拟方法,进而给出基于有限元模型的大跨楼盖人致振动分析方法;在分析大跨楼盖多重调谐质量阻尼器（multiple tuned mass dampers,简称MTMD）减振机理的基础上,借鉴已有的MTMD研究成果,提出了考虑人体舒适度的大跨楼盖MTMD减振设计方法;据此对数个大型结构开展了MTMD减振设计、分析与现场实测研究。理论和实测结果表明,利用本文方法设计的MTMD系统可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动。本文的可工作为类似的大跨楼盖的振动舒适度的分析和控制系统的设计提供参考和借鉴。图18表10参13     

大跨双向悬索结构屋盖MTMD减振控制分析

针对大跨双向悬索结构的振动控制问题,基于多重调谐质量阻尼器(MTMD)减振控制原理,以结构模态阻尼比为参考指标,提出MTMD减振设计方法.进而以某大跨双向悬索结构为背景,提出MTMD减振设计方案,针对两阶主要竖向振动模态分别设计两套MTMD子系统,通过调整MTMD频率带宽与TMD阻尼比,在显著提升结构模态阻尼比的同时使减振系统具备一定控制带宽,保证减振系统鲁棒性.分析表明,本文提出的减振设计方案能够有效提升结构模态阻尼比,MTMD质量比为0.02条件下,模态阻尼比增幅高达556％.     

人群激励下梁式人行桥振动控制和MTMD优化设计

通过对人群荷载的频谱分析,说明当人行桥的自振频率位于人群的激振频率范围内时,人行桥将产生共振。因而,对于此类人行桥,需要安装调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振控制。通过人群荷载功率谱密度分布求得人行桥的均方根加速度,然后将其作为目标函数提出了多重调谐质量阻尼器(MTMD)阻尼比和频率比任意分布的优化表达式,并采用遗传算法求解该问题。人群激励下人行桥的振动分析表明,人-桥共振时采用MTMD将比单个TMD具有更高的减振效率,通过保持MTMD中心频率不变而适当等比例扩大最优频率比可以有效提高人-桥-MTMD系统减振效率的鲁棒性。计算同时表明,MTMD的相对运动位移较小,完全可以满足人行桥对安装空间的要求。     

西安北站高架层楼盖舒适度分析与减振设计

针对西安北站高架层大跨楼盖的振动舒适度问题,建立了整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行了模态分析,对其振动特性进行了研究。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,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。据此分析结果对楼盖进行了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,最大减振率达到89.2%,各工况下平均减振率可达44%。     

人群荷载下大型火车站房大跨楼盖振动舒适度控制研究

大型火车站房动力特性复杂,其大跨楼盖在人群荷载激励下容易产生较大振动。通过建立某大型火车站房的整体有限元模型,研究这类建筑中大跨楼盖的振动特性;随后对楼盖在各种不利工况人群荷载作用下的振动舒适度进行分析,重点研究人群荷载的模拟方法;进而在已有研究的基础上,提出在大跨楼盖上布置多组不同参数TMD(MTMD)的振动控制方法。根据大型火车站房的动力特性,对减振系统的布置位置以及参数设置提出实用的设计方法,其中各TMD的自振频率需要结合结构竖向自振频率以及人群荷载的激励频率来确定。工程实例的减振分析结果表明,设置MTMD系统并合理选取其参数后,人群荷载激励下楼板的竖向振动均可以得到较好的抑制,平均减振效果可以达到34.5%,从而使结构在使用时满足人体舒适度的要求。研究工作对同类大跨度楼盖的振动舒适度的分析和控制系统的设计具有重要参考价值。     

某项目大跨度钢结构连体楼盖减振分析

项目位于广东省肇庆市高新区,其中两栋为连体结构,主体高度47.3 m,且连体部位跨度约30 m。主体结构采用钢筋混凝土结构,连体部分采用钢结构。由于连体跨度较大,大跨度钢结构楼盖也存在着竖向刚度较弱、自振频率较低、易受人行荷载激励等问题,影响了楼盖的振动舒适度。故通过有限元软件计算分析,来判断其舒适度。在舒适度不满足相关规范要求时,通过设置调谐质量阻尼器（TMD）的方法,以达到抑制人行荷载作用下的楼板振动。最后通过理论分析和数值模拟,对不同调谐质量阻尼器（TMD）的布置方案的减振效果进行了比较和评估,得出结论：TMD的布置应结合楼板的实际振动频率及布置TMD后的振动频率确定,并尽量布置在跨中位置,减振效果最好。     

设置TMD的大跨楼盖动力特性及人致振动分析

以采用调谐质量阻尼器(TMD)进行振动控制的某小学体育馆大跨楼盖为背景,分别在施工阶段和正常使用阶段对其进行了现场振动测试.施工阶段主要考虑质量增加对结构振动特性的影响,正常使用阶段重点考虑了人致振动的多种工况,并利用MIDAS/Gen有限元软件对TMD的减振效率进行了分析.结果表明:大跨楼盖的自振频率随着铺设面层以及楼面重量的增加而减小,舒适度设计时应按使用阶段的实际最大荷载考虑;采用有限元软件对楼盖舒适度进行计算时,应考虑面层对楼板刚度的影响;当外部激励的频率与楼盖的自振频率接近时,TMD对楼盖的减振效果最为显著.     

人行激励下某连廊的TMD减振控制与分析北大核心

连廊作为连接两幢或几幢建筑之间的走廊,一般其竖向自振频率接近于人行走频率或者跑步频率,容易产生共振,而产生舒适度问题,因此必要时需要采用有效的减振措施来控制连廊结构的振动。采用调谐质量阻尼器(TMD)对一钢连廊实际工程进行减振控制设计,通过时程分析方法模拟随机人行荷载激励,分为步行荷载工况和跑步荷载工况对其进行人致振动分析。对比分析了钢连廊结构在相同人行激励下加设TMD前后的振动响应。结果表明,安装TMD后钢连廊的最大加速度幅值明显减小,满足舒适度要求。TMD是钢连廊竖向舒适度控制的一种有效手段,可为以后类似工程的减振设计提供参考。     

行走激励下大跨度空腹夹层板结构振动舒适度分析

随着大跨结构的发展,舒适度已成为评价楼盖结构性能的重要指标。针对大跨度空腹夹层板楼盖,考虑行走路线和步行频率影响进行了振动响应计算。分析表明,空腹夹层板的自振特性类似于实心平板,低阶振型主要表现为竖向振动;采用行走路线法评价楼盖舒适度时,应根据实际情况采用较长的路线并使其通过低阶振型中心;定点激励法计算的峰值加速度要低于通过低阶振型中心行走路线的计算结果,据此评价楼盖舒适度是有局限性的;楼盖上不同感受点的加速度响应峰值是不同的,较大的加速度响应峰值只出现在低阶振型中心周围。     

地震作用下高层框架厂房的多重调谐质量阻尼器扭转振动控制

通过ANSYS软件建立高层框架结构的三维有限元模型,模态分析结果显示结构的第三阶模态为扭转振动,在地震作用下高层框架厂房结构的扭转振动将占据主要位置,需要对结构的扭转反应进行控制。提出将厂房附属设备气化炉作为控制装置中的子结构质量块,设计合理的多重调谐质量阻尼器(MTMD)参数。对结构在施加MTMD和未施加MTMD两种情况下进行动力时程分析,研究MTMD对高层框架厂房结构在两种地震作用下抗扭转性能的影响。结果表明,在地震作用下,MTMD对高层框架结构角位移和角加速度的控制效果较好。     

华侨城创意展示中心楼盖舒适度分析

通过模态分析初估楼盖竖向频率,再输入人走时程激励,求出楼盖的共振频率及对应的峰值加速度,作为楼盖舒适度的评判参数,并分析工程中常见的钢梁开大洞给楼盖舒适度带来的影响。     

胶合木-混凝土组合楼盖人行荷载激励下振动舒适度研究

为研究胶合木-混凝土组合楼盖在人行荷载激励作用下的振动舒适度,对胶合木-混凝土组合楼盖进行了动力特性试验,测得其基本自振频率和阻尼比等相关动力特征值,并对该楼盖施加了多种人行激励工况,分析了步频、行走路径、行人数量、行走荷载布置方式、行走方式等因素对胶合木-混凝土组合楼盖振动性能的影响。结果表明：随着步频的增大和行走人数的增加,组合楼盖的峰值加速度逐渐增大;多人保持一致行走状态下组合楼盖的峰值加速度较随意行走的大;当步频相同时,原地踏步时的组合楼盖峰值加速度较连续行走的大。在试验研究的基础上,提出了胶合木-混凝土组合楼盖基本自振频率以及单人行走下峰值加速度的计算方法。最后结合国内外相关规范,建议采用自振频率和峰值加速度的双重指标来评价胶合木-混凝土组合楼盖振动舒适度,即楼盖的自振频率不小于15Hz,峰值加速度不大于0.15m/s²。     

Vibration serviceability of pre-stressed concrete floor system under human activity

A comprehensive research was undertaken to study the vibration serviceability of a long-span pre-stressed concrete floor system intended to be used in an indoor badminton court, using the field test and finite element method. Specifically, heel-drop was adopted to capture the natural frequencies and modal damping ratios of the floor system and the tests for jumping impact and different types of human excitations (walking, running and hopping) were performed to capture the acceleration responses. The floor system is found to have low frequency and modal damping ratio. The comparison of the experimental results with the published values from China’s design code, AISC design guide and PCI design handbook indicates that the pre-stressed concrete floor system exhibits satisfactory vibration perceptibility overall. The acceleration threshold value given in the China’s code and AISC design guide may be conservative for the pre-stressed concrete floor under hopping excitation. For determining the fundamental natural frequency analytically, fixed-pinned support condition is recommended for accounting for the effect of adjacent structures on floor stiffness. Coefficients β_rp is proposed to calculate the RMS acceleration conveniently by hand.     

步行荷载的功率谱模型及其应用研究

基于傅里叶级数的步行荷载确定性模型，由于忽略了荷载的随机性，会高估人行桥、大跨度楼板在共振作用下的动力响应。为此，应考虑行人步行荷载的随机性，在1007条连续步行荷载记录的基础上，提出了前4阶主谐波和次谐波局部区域的功率谱建模方式。各阶谱线经行人体重、各阶能量、步行频率和阶数归一化后可统一表达为两项高斯函数之和的形式，模型中参数由试验数据统计分析得到。结合随机振动理论，给出了由步行功率谱计算楼板加速度响应的方法。通过理论计算值与10m×6m楼板模型的试验值以及火车站楼板实测对比，可知，所建议的功率谱模型的预测结果合理。     

U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖舒适度实测与研究

大跨度楼盖结构人员舒适度控制指标为竖向振动频率及竖向振动加速度。以黑龙江中医药大学文体中心B区的57 m×39 m+57 m×36 m双跨多层（地下1层、地上3层）工程为例,利用环境激励,采用频域法模态拟合方法对该结构进行了现场竖向振动模态测试,获得了该楼盖结构前4阶竖向自振频率、振型及竖向加速度,并采用有限元方法对结果进行了分析与评价。研究结果表明：楼盖竖向1阶振动频率的有限元分析和测试结果均满足现行规范要求;楼盖竖向峰值加速度实测结果满足小于0.005g的要求,不会引起人体的不舒适;有限元方法计算频率比实测结果偏高,是因约束条件不同所致,故设计中需要考虑楼盖与柱的刚性连接。     

Control of vibrations induced by people walking on large span composite floor decks

The low damping properties of lightweight large span floor decks composed of a reinforced concrete slab on top of a steel space frame structure may lead to undesirable dynamic responses, even to ordinary human actions such as walking.This problem was investigated through laboratory tests performed on a 1:1 scale prototype of a composite floor deck structure. Experimental measurements were taken for the structure subjected to several dynamic human loads, especially those produced by the random walking of people.To compensate for the lack of damping, a passive control system was designed and installed in the composite structure prototype.The performance of the mechanical control devices was evaluated by means of straight comparisons between the experimental acceleration amplitudes obtained for the controlled and uncontrolled structure subjected to similar dynamic forces produced by one or more persons walking. The most relevant results for both time and frequency responses are presented and used to argue that small and low cost passive control devices can already be included in the design stage of a smart structure as effective accessories to substantially reduce vibrations induced by people in low damped large span composite floor decks.     

人行天桥动力特性参数时变性分析及其TMD减振控制

人行天桥动力特性是影响桥上行人舒适度的主要因素。针对随机人群行走对人行天桥模态阻尼比和模态频率的影响,考虑人-人相互作用的行人步态主被动调整策略,基于考虑行人同步率的随机人群集中模型,推导了随机人群-人行天桥-TMD系统的耦合动力方程,分析了人行天桥动力特性参数时变规律,提出了基于人行天桥动力特性参数时变的TMD减振设计方法。结果表明：考虑人-人相互作用时,在随机人群行走下,人行天桥一阶瞬时阻尼比随人群密度的增大而大幅提高,提高的幅度与人行天桥基频和模态质量呈正相关;在随机人群行走下,人行天桥一阶瞬时频率随人群密度的增大而不断下降,降低的幅度与人行天桥基频呈负相关。基于人行天桥动力特性参数时变的减振设计方法能有效地减小单人定频行走、单人随机行走和随机人群行走下结构的竖向振动响应,其中0.6人/ m2随机人群行走工况下,人行桥竖向振动加速度减振率达到72%。