室内旋转钢楼梯的振动分析及舒适度评价

室内旋转钢楼梯的设置主要是为了满足建筑形态的要求。其为空间受力体系，有必要分析在行人激励作用下的振动特性，并进行舒适度评价。提出了室内旋转钢楼梯振动分析中的行人激励荷载模型及分析工况；参考国内外相关振动评价规范，提出了频率控制、竖向加速度峰值控制及竖向、侧向加权均方根加速度控制的舒适度评价标准。最后针对桌工程实例，进行了数值分析、现场实测和舒适度评价，验证了评价标准。     

某钢旋转楼梯的振动测试与分析

某工程的室内椭圆形旋转钢楼梯采用梁式楼梯的结构形式,支承在上下楼层的同一位置,其悬挑长度较大。楼梯的设计是按照强度和变形等指标控制的,但在使用过程中发现楼梯的振动较大,会引起人员的不舒适甚至不安全感。对该楼梯的振动情况进行了实测和对比分析,参考相关规范提出了频率、加速度峰值的振动评价指标,并据此对该楼梯的振动情况进行了评价;通过对两者的对比分析提出了工程的两点建议:1)旋转钢楼梯的竖向基频应大于6Hz;2)楼梯正常使用时的竖向加速度峰值小于0.25 m/s2。该建议可为类似工程提供参考。     

宜兴某学校屋顶操场楼盖振动舒适度分析

宜兴某学校屋顶操场楼盖为钢筋混凝土—大跨度型钢混凝土楼盖,局部跨度较大,易产生振动舒适度问题。建立了楼盖结构有限元模型,进行模态分析,得到了楼盖竖向振动自振频率和模态;考虑行走、跑步、广播体操动力荷载,进行时程分析,得到了楼盖竖向振动加速度响应和峰值加速度;选定评价标准,对楼盖振动舒适度进行了评价。分析结果表明,此楼盖结构能满足振动舒适度要求。     

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。     

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。     

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。     

考虑人-结构耦合作用的大悬挑拉索结构舒适度分析

采用计算机建模和分析、预测大跨度和大悬挑结构受到人群活动激励而产生的竖向响应是非常重要的课题。人群荷载激励下结构振动响应过程中,人体不仅是荷载激励也是振动参与者,结构振动具有明显的人-结构耦合特性。考虑人-结构耦合作用,区分不同行人密度、步行频率,并采用随机性人群荷载模型,计算某18m大悬挑拉索结构在人群步行荷载激励下的振动响应。结果表明,在端部悬挑区域内加速度响应均小于标准限值70.00mm/s~2,满足舒适度要求;以质量-弹簧-阻尼模型模拟考虑人-结构耦合作用后,人体阻尼用抑制了结构的竖向振动,结构的振动频率没有改变;人群荷载激励频率对结构振动的影响远大于行人密度、数量。     

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。     

大跨度连廊动力响应分析

以西安火车站(改扩建)东配楼项目中的1幢办公及商业配楼中的大跨度连廊为例,采用时程分析方法对连廊结构进行了模态分析,分别研究了单人行走工况、人群连续行走工况、跑动荷载和随机人行工况作用下连廊结构的动力响应。研究结果表明:连廊结构的模态分布较为分散,第一阶竖向振动模态参与质量最大,起控制作用,高阶模态贡献少,竖向基频落入行人正常步频区间;在确定荷载作用和随机荷载作用时,连廊结构有较大概率存在舒适性问题,在不改变结构形式的情况下需要进行减振控制。研究成果为后续关于大跨结构人致激励的振动响应计算和减振设计研究奠定基础。     

某大跨楼盖结构竖向振动舒适度分析

本文以某大跨钢桁架楼盖结构为例,运用Midas Gen软件并结合相关标准进行楼盖竖向振动舒适度分析,采用空间结构模型,结合楼盖的振动特性,在不同区域按不同方式施加不同频率的人行荷载激励,获得了楼盖结构振动响应的峰值加速度。