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     

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。     

人行荷载作用下大跨楼盖多模态振动控制方法研究

对于模态频率密集分布的大跨楼盖,往往存在多个模态能够被人行荷载激发产生共振,目前对此类问题尚无完善的振动控制方法。以大跨楼盖为对象,采用调谐质量阻尼器（TMD）,基于人行荷载幅值的频域分布,针对与楼盖各共振模态形状相关并能激发楼盖最不利振动的荷载激励条件,提出了采用有限数量TMD对楼盖多个振动模态进行综合控制的设计方法。以某大跨楼盖的多重调谐质量阻尼器（MTMD）减振设计为例,首先采用有限元方法模拟实际人行作用下的楼盖反应并检验振动控制的效果,然后对比了多模态优化方法和单模态优化方法设计的MTMD对频率不同疏密程度分布的楼盖振动模态进行减振控制的效率。结果表明,考虑多模态叠加设计MTMD能够对整个人行激励频带范围内的楼盖振动模态进行综合控制,实现了楼盖各个共振模态处响应峰值的一致性,对模态频率分布较密集楼盖的减振具有更好的适用性。另外,楼盖的不利振动不仅由低阶模态控制,人行激励下楼盖高阶模态共振同样产生非常不利的影响。     

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.     

某大跨度钢结构连廊的人致振动分析与减振设计

本文根据目前人行荷载和舒适度评价的研究成果,模拟了不同工况下单人、多人有序和随机荷载,并对某大跨度钢结构连廊的振动特性和舒适度进行了分析。根据连廊结构的振动特性,借鉴相关研究,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。     

某大跨人行桥舒适度评估及振动控制

某人行桥采用大跨轻柔结构,通过现场测试和数值分析发现该人行桥竖向1阶振动频率与人行频率接近,且振动响应不满足人致振动舒适度的设计要求,故采用MTMD减振系统对其进行振动控制。实测结果表明该桥在附加MTMD减振系统后,竖向振动得到有效控制,在人行频率接近人行桥频率时减振率达到70%~90%。舒适度能够满足设计要求。     

人行天桥的MTMD减振控制研究

本文采用MTMD对某大跨人行天桥进行了消能减振分析与设计。分析表明,天桥在人行荷载作用下有明显的共振响应,安装MTMD后,减振效果明显,在共振工况下减振率达66％,减少了天桥的共振响应,达到了人体舒适度指标。采用MTMD消能减震技术减少天桥振动反应是一种经济、实用又不影响美观的方法。     

某大跨结构舒适度分析及振动控制

通过介绍调谐质量消能器的特性,对某大跨结构的二层大跨度楼盖进行了舒适度分析,采用调谐质量消能器对大跨度楼盖进行减振设计。分析表明,调谐质量消能器有效改善了大跨楼盖的舒适度,减振前在人行荷载及跳跃荷载激励下大跨楼盖不满足舒适度要求,采用调谐质量消能器减振系统减振后,楼盖舒适度均满足设计要求,在类似的大跨楼盖结构具有良好的经济性与适用性。     

某运动场地大跨楼盖舒适度分析与控制

根据最新的建筑楼盖结构振动舒适度技术标准及相关规范,采用有限元分析软件Etabs,对某大跨楼盖进行了有节奏运动舒适度分析与振动控制设计.结果表明:有节奏运动作用下的大跨楼盖,舒适度是结构设计的主要控制因素,须采取一定的减振措施,才能满足规范对楼盖舒适度的控制要求.本工程通过合理布置调谐质量阻尼器(TMD),对该有节奏运动作用下的大跨楼盖振动进行了有效控制.     

某运动场地大跨楼盖舒适度分析与控制

根据最新的建筑楼盖结构振动舒适度技术标准及相关规范,采用有限元分析软件Etabs,对某大跨楼盖进行了有节奏运动舒适度分析与振动控制设计.结果表明:有节奏运动作用下的大跨楼盖,舒适度是结构设计的主要控制因素,须采取一定的减振措施,才能满足规范对楼盖舒适度的控制要求.本工程通过合理布置调谐质量阻尼器(TMD),对该有节奏运动作用下的大跨楼盖振动进行了有效控制.     

大连国际会议中心楼盖振动测试与分析

大连国际会议中心15.30m标高平台周圈均为大悬挑结构形式,各会议厅也主要采用大跨度钢楼盖,对人行激励可能会非常敏感。而该建筑功能对舒适度的要求较高,所以需重视人行激励下的楼盖振动问题。本工程中较多地采用悬挑与大跨度的结构形式,所以楼盖的竖向振动就成为比较重要的问题。对结构自振特性做了初算,并进行了现场测试,根据现场测试结果调校模型,将加速度分析结果与实测结果进行比对。列出了各分区的自振特性,根据各分区的功能情况进行加速度分析,并将达沃斯会议厅随机振动分析的加速度情况和国际标准组织ISO的方法进行了比较。     

大跨度楼面人群荷载作用响应分析

以某大跨度钢-混凝土组合楼板模型为对象,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究人群荷载作用下,荷载布置方式、结构阻尼比、楼板边界条件、楼板长宽比和人群步行方式等因素对大跨度楼面结构振动响应的影响,分析大跨度楼板的人群动力响应特性。研究结果表明：不利布载形式为中间板带附近布置人群荷载;楼板长宽比越大则楼面结构响应峰值越小;连续步行荷载作用的楼板振动响应大于原地踏步荷载的响应;楼板边界约束越强振动响应越小;增大阻尼比能显著减小人致振动。     

考虑屋面板自振效应和流固耦合效应的大跨度空间结构风振系数

为了得到屋面板自振效应和流固耦合效应对大跨度空间结构风振系数的影响,首先对不同风速时程数值模拟方法的计算效率和计算精度进行比较,确定适合大跨度空间结构风速时程数值模拟的方法;分别针对考虑屋面板自振效应和流固耦合效应推导了风荷载计算公式;对天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构和某体育馆屋盖大跨度单层球面网壳结构进行风振系数计算分析。结果表明,考虑屋面板自振效应,结构风振系数增大;考虑流固耦合效应,结构风振系数减小,且风和结构的耦合起主要作用,风和屋面板耦合的影响很小,可忽略不计;同时考虑屋面板自振效应和流固耦合效应,结构风振系数分布规律基本不变,屋面板自振效应与流固耦合效应对结构风振系数的影响不能相互抵消,且对不同结构影响程度不同。     

大跨结构风振研究近况

介绍了大跨结构风致响应及结构抗风分析的主要方法,对近年各种抗风设计研究方法进行研究,得到了不同分析方法在精度、准确性、有效性方面的计算特点。在对大跨结构风致响应、风振系数进行定性分析的同时,阐述了大跨结构抗风设计的难点问题,以促进各类大跨结构工程抗风设计及深入分析。     

索-拱组合结构中斜拉索的非线性参数振动

索-拱组合结构是大跨度拱桥施工过程中非常重要的临时结构。对大跨度拱桥施工过程中普遍存在的索-拱组合结构建立了非线性力学模型,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,推导索-拱组合结构的非线性运动方程,对索-拱组合结构的边界条件与连接条件进行了简化,拱在连接处的边界条件被简化为用索的抗拉刚度表示的径向弹性支撑,拱在连接处的运动作为对索的周期性激励,建立索的非线性参数振动方程,运用多尺度摄动方法,对拉索可能发生的参数共振和亚谐波共振进行了理论研究和数值分析,确定了索-拱组合结构中拉索参数共振和亚谐波共振的影响因素及发生条件。研究结果表明,在拱的低阶局部振动频率处于一定区域时,拱的小幅振动能够激发拉索的大幅度运动,影响大跨度拱桥施工过程中索-拱组合结构的稳定性和安全性,对于一个给定阻尼和频率比的系统,足够小的激励幅值能够有效避免系统发生参数共振。     

沈阳奥体中心大跨度预应力混凝土楼盖动力特性实测与分析

大跨度预应力混凝土及钢-混凝土组合楼盖在体育建筑、大跨空间结构及高层建筑中的使用越来越广泛。由于大跨度楼盖阻尼小、基频低,在人日常活动激励等作用下会产生竖向振动,超过一定限度时会影响使用者的舒适度。因此,大跨度楼盖竖向振动舒适度问题日益受到重视。沈阳奥体中心综合体育馆三层楼盖主梁跨度41.5 m,是目前国内体育建筑中跨度最大的混凝土楼盖系统。本文针对此楼盖系统的动力特性进行了现场实测,并与理论分析结果进行了比较。     

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。     

大跨度张弦桁架结构自振特性和地震响应分析

为了研究大跨度张弦桁架结构的自振特性及其地震响应,首先应用有限元方法对结构的振型进行分析,然后通过时程分析法讨论张弦桁架结构在地震作用下的动力响应,主要研究了不同预应力、撑杆数、拉索横截面积及约束条件对其自振特性和地震响应的影响以及不同地震波对结构响应的影响。分析结果表明,张弦桁架结构的低阶振型以竖向振动为主,预应力、撑杆数、拉索横截面积对低阶振型影响很小,对结构的地震响应影响也很小;但约束条件对结构的低阶振型影响很大,对结构的地震响应影响也很大;结构的响应还与地震波有很大关系。     

非一致地震激励下大跨度桥梁随机振动时域显式法#br#

对于大跨度桥梁结构,地震激励的空间效应不应忽略。考虑到随机地震激励的非平稳特性,为提高计算效率,有必要在时域内直接开展非一致地震激励下大跨度桥梁的随机振动分析。基于相对运动法,推导非一致地震激励下结构动力响应的时域显式表达式,提出可考虑非一致地震激励的时域显式直接法,可快速获取结构响应的统计矩;同时提出高效的时域显式随机模拟法,可进一步获取非一致地震激励下结构响应的平均峰值等更全面的统计信息,并可有效实现结构的动力可靠度分析。以某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展顺桥向非一致地震激励下的随机振动分析,分别研究地震激励的行波效应、失相干效应和局部场地效应对桥梁关键响应标准差、平均峰值和结构抗震动力可靠度的影响。研究结果表明,对于该桥主梁跨中和主塔塔顶顺桥向位移,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值均小于一致地震激励下的结果;而对于该桥主塔塔底内力,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值有可能大于一致地震激励下的结果,其中弯矩和剪力的平均峰值增幅分别可达21.6%和19.5%;此外,地震激励的空间效应对该桥的体系失效概率也有较大影响。