高鐵候車廳大跨樓蓋人致振動響應(yīng)分析與減振控制研究.pdf

1、隨著新型結(jié)構(gòu)體系和輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用，工程結(jié)構(gòu)向大跨、輕柔和低阻尼方向發(fā)展，而在人致荷載激勵下此類結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生過大的豎向振動，從而造成使用者不舒適甚至心理恐慌。人群行走荷載是影響大跨樓蓋振動舒適性的重要因素，對人群行走荷載模型及其效應(yīng)研究可為大跨樓蓋人致動力設(shè)計(jì)與振動控制奠定基礎(chǔ)。本文以高鐵候車廳大跨樓蓋為研究對象，圍繞結(jié)構(gòu)人致振動響應(yīng)與振動控制，從人行荷載模型與人致振動響應(yīng)分析、人-結(jié)構(gòu)相互作用及考慮其影響的人致振動響應(yīng)分析方法、人致

2、振動控制優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)用設(shè)計(jì)方法等方面，系統(tǒng)地開展了大跨樓蓋人致振動響應(yīng)及其控制方法的相關(guān)理論、數(shù)值模擬、現(xiàn)場實(shí)測與試驗(yàn)研究，主要內(nèi)容包括:
　　1、系統(tǒng)研究了人行荷載的動力特性和人行荷載模型。開展了10866人次單人步行荷載試驗(yàn)，研究了單足落步荷載曲線以及人行走步頻、步幅、雙腳重疊時間等參數(shù)的分布規(guī)律，統(tǒng)計(jì)了單人步行荷載傅里葉級數(shù)模型的前三階動荷載因子取值?，F(xiàn)場實(shí)測統(tǒng)計(jì)了五大高鐵樞紐站11465組人群行走步頻和3103組相位角等基

3、礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究了候車廳人群行走特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律?；趩稳瞬叫泻奢d模型和人群行走的統(tǒng)計(jì)特性，建立了高鐵候車廳人群行走荷載的模擬方法。研究結(jié)果表明，高鐵候車廳人群行走步頻服從正態(tài)分布N(1.8811，0.1766)，相位角分布服從均勻分布U(0，2π)，建立的人群行走荷載模擬方法可較準(zhǔn)確模擬高鐵候車廳人群行走荷載。
　　2、深入研究了人行荷載激勵下大跨樓蓋結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。針對高鐵候車廳實(shí)際人群分布特點(diǎn)，提出有序排列人群行走荷載和隨機(jī)

4、分布人群行走荷載兩種分析模式，推導(dǎo)了人群行走荷載作用下大跨樓蓋結(jié)構(gòu)的人致振動分析方程，研究了人群行走荷載作用下高鐵候車廳大跨樓蓋振動響應(yīng)。設(shè)計(jì)制作了7.7m*4.7m的鋼-混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)模型，開展了不同數(shù)量受試者行走下模型結(jié)構(gòu)的人致振動試驗(yàn)研究，對比分析了試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算模擬結(jié)果。研究結(jié)果表明，有序排列及按固定頻率行走的人群行走荷載激勵下大跨樓蓋結(jié)構(gòu)振動加速度響應(yīng)更大，所建立的人致振動分析方法能夠有效預(yù)測人群行走荷載作用下大跨樓蓋振動

5、響應(yīng)。
　　3、深入研究了人-結(jié)構(gòu)相互作用對大跨樓蓋結(jié)構(gòu)動力特性與人行激勵荷載的影響。開展了80名受試者留駐前后模型結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別試驗(yàn)研究，統(tǒng)計(jì)分析了等效人體模型的自振頻率和阻尼比?；谠囼?yàn)構(gòu)件平臺實(shí)測了不同數(shù)量受試者留駐時結(jié)構(gòu)基頻及阻尼比，研究了人-結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)動力特性的影響規(guī)律。開展了7名受試者分別在試驗(yàn)構(gòu)件平臺及近似剛性平臺上不同步頻行走下的單足落步力測試，分析了人-結(jié)構(gòu)相互作用對人行激勵荷載的影響。研究結(jié)果表明，大

6、跨樓蓋結(jié)構(gòu)存在留駐人群時應(yīng)考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用對人致振動響應(yīng)的影響。
　　4、深入研究了考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用的大跨樓蓋人致振動響應(yīng)。開展了不同數(shù)量人員留駐時受試者按不同步頻行走作用下的模型結(jié)構(gòu)人致振動試驗(yàn)研究。基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理和模態(tài)疊加法，推導(dǎo)了考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用的大跨樓蓋人致振動響應(yīng)分析的動力方程并進(jìn)行了振動響應(yīng)的時頻域分析研究，建立了考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用的大跨樓蓋人致振動響應(yīng)分析方法，并應(yīng)用于長沙高鐵南站候車廳大跨樓蓋人致

7、振動響應(yīng)分析。開展了人-梁多模態(tài)耦合振動系統(tǒng)人群行走激勵下振動響應(yīng)的參數(shù)分析，討論了不同參數(shù)情況下結(jié)構(gòu)振動加速度響應(yīng)的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，不同數(shù)量留駐人員耦合作用下結(jié)構(gòu)的人致振動響應(yīng)相對于無人留駐時均有一定程度的減小，且總體而言隨著留駐人員數(shù)量增加相應(yīng)的結(jié)構(gòu)振動加速度響應(yīng)減小的幅度略有增大，建立的考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用的大跨樓蓋人致振動響應(yīng)分析方法能夠有效預(yù)測人群留駐下結(jié)構(gòu)的人致振動響應(yīng)。
　　5、系統(tǒng)研究了大跨樓蓋結(jié)構(gòu)人致振動

8、控制設(shè)計(jì)方法。建立了考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用的人-樓蓋-MTMD耦合振動系統(tǒng)的分析模型并研究了其振動響應(yīng)頻域分析方法，進(jìn)行了耦合振動系統(tǒng)參數(shù)分析并研究了TMD對結(jié)構(gòu)人致振動響應(yīng)的控制效果?；谶z傳算法的基本理論提出了大跨樓蓋振動舒適度MTMD控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過編制程序?qū)崿F(xiàn)了復(fù)雜樓蓋體系的MTMD優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立了大跨樓蓋振動舒適度MTMD控制的實(shí)用設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用于長沙高鐵南站候車廳大跨樓蓋人致振動MTMD控制設(shè)計(jì)?；诟哞F候車廳現(xiàn)場實(shí)

9、測數(shù)據(jù)，研究了人群行走荷載作用下大跨樓蓋MTMD減振前后的振動響應(yīng)。研究結(jié)果表明，建立的大跨樓蓋人致振動響應(yīng)分析方法和MTMD減振控制設(shè)計(jì)方法可有效分析與控制結(jié)構(gòu)的人致振動響應(yīng)。
　　6、研究了一種能夠同時隔離高鐵車致振動、人致振動及地震作用的復(fù)合式支座(FHSIB)。分析了新型復(fù)合式支座的結(jié)構(gòu)構(gòu)造與工作機(jī)理，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。采用大型結(jié)構(gòu)有限元軟件對非隔振結(jié)構(gòu)、設(shè)置普通隔振支座的結(jié)構(gòu)、設(shè)置有復(fù)合式支座的隔振結(jié)構(gòu)、設(shè)置MTMD