考虑人-结构耦合作用的室内大跨钢连廊振动舒适度分析

大跨钢结构连廊质量小、结构柔、阻尼低,其动力特性及响应易受行人影响,为此围绕人-结构耦合作用对大跨钢连廊振动舒适度的影响开展研究.首先,引入两类单自由度人体动力模型,建立人-结构耦合动力模型,并确定人体模型关键参数.随后,基于课题组前期获取的谐波参数,模拟了单人步行荷载,进一步结合人群密度和步频关系,对大跨钢连廊的人群荷载进行了模拟.最后,以苏州文博中心观光连廊为例,对比分析了人-结构耦合作用对大跨钢连廊结构动力特性和振动响应的影响.结果表明,在考虑人-结构耦合作用后,结构的峰值加速度有一定程度减小,最大可达22.51％;人群的步行频率与结构的第1阶竖向自振频率接近或成倍频关系时易产生共振响应;人群密度的不同将影响行人步频,从而会导致对人-结构耦合作用效果的影响.     

高铁站房大跨钢楼盖行车和人群荷载激励下振动响应实测与分析

对西安高铁站候车大厅在列车进出站、人群荷载激励下的结构振动响应,采用加速度传感器和信号采集分析仪进行了现场实测。分析了各测试工况下结构振动响应情况、行人-结构耦合作用、行走频率及行走状态对结构振动的影响。结果表明:列车进、出站及乘客检票进站时,不会产生较大竖向振动。人群荷载激励工况下,结构发生共振时等效正弦波峰值加速度最大为609.99 mm/s2;共振状态下,具有明显的行人-结构同步效应,且不同行走状态的人群对同一振动的反应各不相同。结构在步行频率及其整数倍频率上的振动响应较大;功率谱分析表明,人群荷载前3阶谐波分量对楼板振动贡献最大,舒适度分析时可只考虑前3阶谐波分量。采用加速度峰值会高估结构加速度响应,建议采用ESPA规范评价结构竖向舒适度。     

考虑行人-结构相互作用的悬挑钢筋桁架楼承板振动控制研究

利用新型微电子机械系统AH100B加速度传感器测得连续的人行荷载时程,并建立了傅里叶级数荷载模型。为考虑行人-结构动力相互作用,将人体等效为具有质量、刚度、阻尼的单自由度生物力学模型,确定了行人模型各个参数与步行频率及人体本身质量的拟合表达式。以甘肃科技馆某两层悬挑的钢筋桁架楼承板为工程背景,采用ANSYS有限元软件仿真模拟结构在人行荷载作用下的振动响应,对比分析表明：考虑行人-结构相互作用后,其加速度响应要降低至少10.59%。针对结构最大加速度响应超过舒适度指标限值的情况,分别以单个调谐质量阻尼器和新型3-DOF调谐质量阻尼器对结构的振动响应进行控制,均取得了较好的减振效果,且采用阻尼比较小的3-DOF调谐质量阻尼器效果更好。     

楼盖结构竖向振动舒适度评价方法

基于最大加速度响应谱方法,提出了一套行人激励下矩形楼盖结构竖向振动响应简化计算及舒适度评价方法。首先运用均匀试验方法,在考虑人行步行力随机性的情况下构造730条具有代表性的步行力时程,将楼盖结构在单人行走作用下的最大加速度响应谱包络线作为基准响应谱。讨论了响应谱对楼盖结构边界条件、尺寸及阻尼等因素的敏感性,同时考虑了人群自由行走对结构动力响应的放大效应,对上述基准响应谱进行修正。结合规范规定的最大加速度限值,以某实际工程中楼盖结构为例,说明了运用上述方法进行竖向振动舒适度评价的过程。方法计算量小,适用于振动舒适度初步评估。     

行人-结构竖向动力耦合效应试验研究

对于轻质大跨度钢桥结构,行人-结构之间的相互作用会使结构动力特性和行人荷载特性发生改变。为此,针对行人-结构竖向动力耦合效应对结构动力参数和行人荷载动载因子的影响进行试验研究。通过测试行人在8种不同步行频率下行走时结构的动力响应,得到60人次554组有效加速度响应时程,进行运行模态分析;利用无线六轴蓝牙加速度传感器,分别在刚性地面和柔性桥面上开展了3种不同步行频率下行走激励的动力特性试验,得到了60人次1200条有效加速度时程,并对其进行傅里叶变换。结果表明：考虑行人-结构竖向动力耦合效应,人行桥自振频率略有减小,阻尼比显著增加,且随着同步行走人数的增加,结构频率及阻尼比变化率逐渐减小。由于桥梁自振力的存在,行人荷载作用于刚性地面上的动载因子(dynamic load factor,DLF)大于柔性地面上的,试验结果表明,相较于刚性地面,行人在柔性桥面上行走时的第一阶动载因子减小14.7%。给出了刚性地面和柔性桥面前四阶行人荷载动载因子拟合公式,其可为柔性结构下考虑行人 结构相互作用的生物力模型的建立提供参考。     

电涡流TMD应用于登机桥人致振动控制的研究

登机桥在高密度人群的步行力作用下,可能产生较大的振动,从而引起行人的不舒适,甚至引发人群恐慌。文章根据南宁吴圩国际机场新航站楼登机桥采用电涡流TMD控制其竖向振动、提高整体结构的阻尼以及降低结构在人群激励下的加速度响应,进行理论分析以及试验研究。     

某展厅悬挑结构舒适度计算

该工程中的大跨度悬挑结构,在人行激励荷载下,端部最大竖向振动加速度不符合预定的目标。采用质量调谐阻尼器(TMD)进行振动控制,计算结果表明,结构在步行荷载激励下的竖向加速度峰值有明显的降低,满足规范限值要求。     

某整体悬挑结构的人致振动分析与控制

基于人致振动引起的竖向舒适度问题,文章采用调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)对某整体悬挑结构办公楼14.4m跨度的钢结构悬挑楼盖进行竖向振动控制。在研究整体结构动力特性的基础上,优化TMD布置并合理设置其参数,计算平均分布和随机分布的人群荷载工况的竖向振动响应。结果表明,TMD可以有效减小整体悬挑结构的人致振动响应,使其满足人体舒适度的要求,提高其使用性能。     

某大跨悬挑楼盖结构人行舒适度分析与振动控制

结合国内外规范及相关研究成果,采用动力弹性时程分析方法对某大跨悬挑结构实际工程项目进行了人行舒适度分析与振动控制设计。结果表明:对于大跨悬挑结构,在结构强度与变形满足要求的情况下,楼盖舒适度也可能不满足要求;当其自振频率降低到与人群荷载频率接近时,舒适度问题较为明显;通过调谐质量阻尼器等减振措施可以有效地降低楼盖在人群荷载激励下的竖向振动,从而使楼盖满足舒适度使用要求。     

单人步行荷载作用下多跨桥梁的动态特性分析

建立多跨桥梁的连续振动模型,通过对多跨桥梁进行分段处理,并利用拉氏变换得到其模态频率及振型方程,最后采用模态叠加法求解人行荷载作用下桥梁的竖向振动响应。通过理论模型和ANSYS仿真分析北京市某3跨桥的前4阶模态频率及相应振型,并得到在不同行人步行速度、步频作用下桥的动态响应特性,结果表明理论与仿真结果一致。该方法获得的解析解可用于研究人群荷载激励下多跨桥梁的动态响应。     

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%。     

有节奏运动作用下悬挑楼盖振动舒适度分析

以某悬挑钢筋混凝土楼盖模型为对象,介绍了有节奏运动荷载作用下悬挑楼盖的动力响应特性,并分析了结构阻尼、板厚、梁高、附加荷载等因素对楼盖结构振动响应的影响,为悬挑楼盖结构的竖向振动舒适度设计提供了参考。     

某大型综合体大悬挑结构楼板舒适度分析及处理

随着综合体项目的大型化与多样化,走廊区域局部大悬挑结构层出不穷。该区域梁悬挑长度较大,竖向刚度往往偏弱,在人群激励荷载下易发生较大震动。文章以某大型综合体中庭走廊区域大悬挑梁板为研究对象,通过建模对走廊大悬挑区域在不同荷载布置下楼板动力响应进行分析,利用国内外已有的频率、加速度评价指标对分析结果进行评价,该悬挑结构竖向加速度超过相关限值,易引发人群不舒适感,故对该悬挑结构进行处理提高其刚度,以满足舒适度要求,为以后类似的工程提供借鉴。     

大跨钢箱梁人行桥振动响应分析与MTMD减振控制

人行桥的自振频率与行人步频接近时,容易发生人桥共振,本文以一频率处于行人步频范围内的大跨钢箱梁人行桥为例,考虑了随机行走、结伴行走和跳跃等11种荷载工况,研究了各工况人行荷载激励下人行桥的竖向振动响应,并针对不满足舒适度要求的工况,采用多调谐质量阻尼器(multiple tuned mass damper简称MTMD)对人行桥进行减振控制。结果表明,人行桥在无控状况下产生了较大的振动响应,其竖向加速度超过舒适度限值要求,而当在人行桥加装MTMD系统后,其振动响应大幅降低,减振效果达到70%以上,实现了人行桥在人行荷载激励下的舒适度控制要求。     

人行悬索桥人致振动分析与实测研究

人行悬索桥结构自振频率低、整体刚度和阻尼小，人致振动问题需要特别关注。以某景区人行悬索桥为研究对象，采用现场实测与有限元模拟相结合的方式，研究人行悬索桥人致振动响应的规律。考虑不同人群激励方式对人致振动的关键影响因素进行参数分析，包括人群附加质量、激励频率、激励分布和阻尼比，得到了各参数对人致振动的影响。结果表明：人行悬索桥加速度响应与激励人数呈正相关，在相同测试人数下，行走激励的加速度响应随行走频率的增加而增大；人群附加质量对人行悬索桥振动的影响不可忽略，宜根据桥梁的设计承载人数构造振动激励及确定桥面人群附加质量；人行悬索桥频率较低，直接按照步频构造人行激励更为恰当；为获得更不利的人致振动响应，当激励频率与结构某对称竖向振型频率接近时，人群行走激励取为全桥同向分布，当激励频率与结构某反对称竖向振型频率接近时，人群行走激励则按悬索桥的最低阶反对称竖向振型分布。对于一般的人行悬索桥，人致振动分析时阻尼比建议取为0.20%～0.40%。     

上海天文馆人致振动的TMD振动控制分析

上海天文馆局部存在40m长大悬挑区域,易产生人致振动问题。通过对结构在步行激励荷载作用下的计算,采用TMD阻尼器对大悬挑区域进行振动控制,有效地降低了人致振动加速度峰值,减振效率约为59%。对存在大悬挑结构形式的空间结构的人致振动问题研究具有一定参考意义。     

行人不同步频下连体结构舒适度分析

由于连体结构的连接部位跨度较大,且端部悬挑,在行人荷载下易产生较大的竖向振动,设计时舒适度问题成为重点关注对象。针对该连体结构的振动舒适度问题,通过有限元软件Midas Gen建立了整体模型,以IABSE单人荷载为基础,利用MATLAB随机数命令模拟随机行人荷载,通过多点输入不同行人荷载对该连体结构进行了人行舒适度分析,提取了楼面的竖向加速度云图。分析结果表明,该连体结构的竖向加速度响应未超过舒适度限值要求,其具有适宜的舒适性。     

随机人群运动荷载作用下大跨度连廊的振动响应

基于社会力模型,研究了随机人群运动荷载作用下大跨连廊结构的振动舒适度问题。通过结合交通学领域、生物力学领域对人群运动特性及人体运动参数的统计分析,对随机人群运动进行仿真,得到不同密度工况下,任意行人在任意时刻的步速、落点位置等参数,建立随机人群荷载模型,计算不同工况密度下结构的加速度峰值。研究表明,加速度峰值与行人步速关系很大,随着行人密度增大,行人速度减小,结构加速度响应则先增大后减小。根据得到的结构加速度峰值与行人密度关系曲线,可以找出出现结构振动舒适度问题的行人密度区间。     

TMD在钢结构人行桥减振中的应用分析

钢结构人行桥在行人荷载作用下易产生过大振动而不满足舒适度要求,因此需要采取措施来控制振动。本文通过对各国人行荷载规范进行对比及选取,考虑人桥耦合作用,对某人行桥结构进行行人荷载下的结构动力特性分析,对比了添加TMD前后结构的加速度响应,表明TMD系统减振效果显著。同时根据TMD原理,对TMD的质量比、阻尼系数等参数作用进行分析,可为类似工程提供参考。     

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.