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%。     

环形多跨连续钢结构人行栈桥振动舒适度分析

某环形多跨连续钢结构人行栈桥,桥面悬挑较大,竖向自振频率较低。为了验算其舒适度是否满足规范要求,本文采用动力弹性时程分析方法对人行栈桥竖向自振频率较低的两个区域及自振频率较高的一个区域施加行走荷载、天桥人群均布荷载以及跑动冲击荷载等18种荷载工况进行计算。结果表明,栈桥的人致舒适度满足规范要求。通过分析发现,其加速度响应与结构竖向自振频率、荷载函数、加载位置、参考点密切相关,计算分析时应充分考虑各种工况,选取包络值进行设计。     

行人荷载下旋转钢楼梯三向振动响应计算与分析

钢结构旋转楼梯整体自振模态一般呈现出典型的空间特性。利用有限元软件建立某旋转钢楼梯模型并分析获得模态参数,以三向(侧向、纵向、竖向)行人上、下楼梯的连续荷载模型为例,构建了基于步行路径的旋转楼梯三向振动响应计算方法。进一步分析了不同行走频率上、下楼梯时的振动加速度响应,结果表明,三向行人荷载与单向(竖向)行人荷载下的加速度响应相比有较明显的增幅,对于此类柔性旋转钢楼梯不应忽视行人荷载水平分量对振动响应的影响。     

踮脚和跳跃荷载下四边简支全装配式RC楼盖振动特性试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(简称全装配楼盖)竖向动力特性与人致激励响应规律,进行了2个全装配楼盖和1个现浇楼盖在四边简支条件下的动力试验,并施加了多种人致振动激励,分析了楼盖在踮脚和跳跃荷载下的振动特性。结果表明：全装配楼盖的自振频率小于现浇楼盖的,而阻尼比相对于现浇楼盖的有较大提高,前3阶的振动模态中只有第1阶与现浇楼盖的相同;板缝连接件可有效传递全装配楼盖横板向振动,大幅提高其振动频率、减小楼盖振动响应;连接件数量和位置对全装配楼盖竖向振动响应有较大影响,跨中连接件的影响最显著;随着荷载频率和行人的增加,全装配楼盖的峰值加速度逐渐增大,荷载越靠近楼盖中心则峰值加速度越大,单人激励下全装配楼盖与现浇楼盖的峰值加速度差值大于多人激励下的;全装配楼盖的振动频率满足舒适度要求,但峰值加速度响应不满足舒适度性能指标,设计中可根据要求选择连接件规格和数量,以达到自振频率和峰值加速度双控条件下的舒适度评价标准;基于正交各向异性双向板振动理论提出用于预测全装配楼盖自振频率和峰值加速度的计算方法,所得理论值与试验值吻合良好。     

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.     

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15 Hz,峰值加速度不大于0.15 m/s~2。     

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。     

意杨旋切板胶合木正交肋梁箱型楼盖振动特性试验研究

为研究意杨旋切板胶合木(laminated veneer lumber, LVL)正交肋梁箱型楼盖竖向动力特性和人致激励响应规律，对6个足尺箱型楼盖进行了模态测试和人致振动试验。基于振动响应(峰值加速度和加速度振级)结果，分析了箱型楼盖的构造形式和人致荷载工况对楼盖振动响应的影响。结果表明：刨花板(oriented strand board, OSB)厚度、肋梁高度和短肋梁间距分别为18.3、285 mm和600 mm的箱型楼盖具有最大的第一阶自振频率和阻尼比，呈现最优动力特性；箱型楼盖的峰值加速度随着OSB覆面板数量和肋梁高度的增加而减小，随着OSB覆面板厚度和短肋梁间距的增大而增大；随着步频和行走人数的增加，楼盖的峰值加速度逐渐增大；当步频相同时，箱型楼盖在单人跳跃下的峰值加速度比原地踏步或连续行走时的大。提出了箱型楼盖一阶自振频率和在单人行走或跳跃下峰值加速度的计算方法，计算值与试验值吻合良好。     

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。     

大跨度空间张弦桁架结构自振特性及参数分析

文章对大跨度张弦桁架结构的自振特性进行了研究。以典型铁路站房屋盖空间张弦桁架为研究对象,采用有限元分析方法,讨论了屋面荷载、拉索预拉力、支座类型、撑杆数目等因素对大跨度张弦桁架结构自振特性造成的影响。研究表明:结构的基频为0.636 5,结构自振频率分布非常密集,前20阶结构主要表现为平动和竖向振动,20阶以后结构以竖向的局部振动和扭转为主;结构承受的荷载对结构20阶以后的自振频率影响较大,每增加0.5倍荷载,自振频率的减少幅度约降低5.0%;预应力、支座类型对张弦桁架结构的自振频率影响很小;撑杆数目增加,结构自振频率减小,撑杆数目对结构高阶模态影响较大。研究成果可对铁路站房抗震设计、动力分析及后期运营维护提供理论基础和设计建议。     

某人行天桥的动力特性测试与分析

对某人行天桥进行了现场动力荷载试验,简要介绍了人行天桥动力特性的测试方法,通过分析该人行天桥的自振频率和桥面最大加速度,指出了该桥存在的问题,并提出了相应的加固改造措施,可为类似结构的人行天桥设计、施工及维修养护提供参考。     

钢结构人行桥TMD减振分析及测试

钢结构人行桥在人行荷载作用下,会产生竖向振动。过大的振动不但会引起舒适度问题,还可能引发结构的安全问题。本文采用Midas Gen软件对上海市某人行桥进行人行荷载激励下的动力响应分析,对比安装经优化设计的TMD系统前后的结构振动响应,验证了TMD良好的减振效果。并对该人行桥进行安装TMD前后的对比振动测试,用加速度峰值、整体均方根值和连续均方根值评价了TMD的减振作用。     

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。     

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。     

人群步行荷载的互谱模型及应用#br#

将人群步行荷载视为联合平稳随机过程,由行人之间的相干函数与已有单人步行荷载自功率谱模型,提出高、低两种密度下考虑行人之间相干性的互功率谱模型。引入医学领域的三维动作捕捉设备,解决人群步行试验中多人同步、时空变化的测试技术难题。通过对有约束状态下不同人群密度状况中试验数据的分析,分别确定两种密度下人群的步行频率分布和时间差参数、相干函数取值。利用建立的互功率谱模型,结合随机振动理论,在行人位置固定的假定下计算结构检测点的加速度均方根。通过人行桥人群步行试验结果和荷载模型理论预测结果的对比,验证该模型的实用性,为人群步行作用下结构的响应分析和舒适度评估提供新的频域方法。     

大跨度钢-混凝土组合人行天桥舒适度分析

采用调整结构自振频率和限制加速度响应相结合的方法,对惠州市大亚湾大跨度钢-混凝土组合人行天桥进行了人行舒适度分析。基于通用有限元程序MSC-MARC二次开发的子程序,建立组合人行天桥的纤维模型。利用FORCDT子程序描述随时间和空间变化荷载的功能,模拟了不同人行激励工况,按照各国规范中验算人致振动响应的方法,对人行天桥舒适度进行综合评估。通过加速度时程计算,对比分析阻尼比、积分步长、结构质量、人行荷载模式以及桥梁支座处弹簧节点构造等因素对结构动力响应的影响。分析结果表明：该钢-混凝土组合大跨人行桥能够满足各规范对人行舒适度的检验要求,同时在桥梁支座处设置弹簧连接,可使结构加速度响应降低14%,支座反力减小54%,可有效控制结构的人致竖向振动响应。     

城市交通产生的振动对人行天桥的影响分析

对某人行天桥附近地面和桥上进行振动数据采样,根据测试结果,对天桥在激励下的动力响应的特点作出了讨论,分析了城市道路交通产生的地面振动的传播规律,对城市交通振动对环境的影响进行了初步评价,最后将数值结果与允许振动标准作出比较,得出了交通振动对天桥振动的影响。     

Impact of track irregularities and damping on the fatigue damage of a railway bridge deck slab

The structural response of reinforced concrete slabs in railway bridges is strongly influenced by local dynamic effects and, therefore, detailed calculations of internal forces have to be performed for a realistic fatigue assessment. In this context, this paper discusses the influence of track irregularities and modal damping coefficients in the dynamic response and fatigue behaviour of a railway bridge deck slab. For that purpose, track irregularities were measured (at different instants of time) and damping coefficients were determined based on acceleration records for passing trains in a real bridge. The bridge behaviour was calculated using a train–bridge interaction methodology, considering calibrated numerical models of the viaduct and the train. The fatigue damage was quantified through the linear damage accumulation method. This methodology allowed to understand the way track irregularities and damping coefficients affect the magnitude of applied bending moments and fatigue damage in the slab.