人群荷載模擬、實測及大跨樓蓋振動控制分析.pdf

1、我國近幾年建成了一系列采用大跨度的鋼結(jié)構(gòu)作為樓蓋的“站橋合一”結(jié)構(gòu)形式的火車站。由于站房人群密集、人流復雜的特點，而且每人步行相位差、步頻、步幅、身體質(zhì)量、起步時間均不相同，所以人群中每個人的行走很難實現(xiàn)完全的協(xié)調(diào)，人群荷載的模擬十分復雜。當人行荷載頻率與樓蓋結(jié)構(gòu)體系基頻接近時，結(jié)構(gòu)在人的行走下有可能產(chǎn)生較大振動進而影響工作環(huán)境，引起人們身體和心理上的困擾和不安。本文主要研究基于單人步行荷載理論，研究了隨機人群步行荷載的模擬方法，并以西

2、安北站為工程背景進行了人群荷載作用下的振動分析、實測；同時采用調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TMD)系統(tǒng)對大跨樓蓋結(jié)構(gòu)豎向振動進行控制分析，主要研究工作和成果如下：
　　一、介紹了單人步行荷載模擬公式及隨機人群荷載模擬方法。不同的行人密度，行人在前進過程中擁擠程度不同，步行同步現(xiàn)象隨著人群密度的增加而增加。考慮到人群中行人前進過程中，行人步頻分布具有正態(tài)分布的特性，且每個行人的起步行為符合隨機分布。參照已有的單人步行荷載模擬公式，利用數(shù)值模擬的

3、方法建立了考慮人群行人步頻正態(tài)分布及相位隨機分布的隨機人群荷載模擬方法?？梢阅M得到不同人群人數(shù)條件下人群步行時程力。隨著人群人數(shù)的增加，行人間步行不一致導致不同人的步行力相互抵消，步行激勵時程力與人體重的比值逐漸減小。
　　二、利用有限元軟件分析了大跨鋼結(jié)構(gòu)樓蓋在確定性人群荷載以及隨機性人群荷載作用下的振動響應情況。計算中結(jié)合候車大廳投入運營后的實際使用情況，考慮不同的交通級別、不同的行人密度、不同的人群行走頻率制定了人群荷載作

4、用下大跨樓蓋振動響應分析工況。計算表明樓蓋在大量人群荷載作用下會產(chǎn)生共振現(xiàn)象而使人體產(chǎn)生不舒適，并通過計算驗證了隨機性人群荷載模擬方法的正確性，為后期人群荷載作用下結(jié)構(gòu)響應分析與計算提供了基礎(chǔ)。采用隨機性荷載模型分析得到結(jié)構(gòu)的加速度響應在一個具體值附近振蕩；且采用隨機性荷載模型分析得到結(jié)構(gòu)的加速度響應峰值平均值與采用確定性荷載模型計算結(jié)果的平均值相接近，計算結(jié)果具有一定的參考價值。
　　三、針對實際大跨鋼結(jié)構(gòu)樓蓋進行了結(jié)構(gòu)動力特性

5、、行車激勵振動以及人群荷載激勵下結(jié)構(gòu)振動響應情況測試。在行車激勵測試工況下，由于本次測試時列車啟動及到站階段速度較小，樓蓋豎向振動響應不會引起人體舒適度的問題；但在實際高鐵運營過程中高速列車通過而不停靠時，樓蓋豎向加速度會增大較多。在人群荷載響應測試工況下，隨著人群步行頻率逐步接近結(jié)構(gòu)豎向自振頻率，樓蓋加速度響應明顯開始進入共振狀態(tài)。并且在結(jié)構(gòu)的共振狀態(tài)下，加速度響應峰值超過0.5m/s2，超過人體舒適度標準，故有必要采取措施進行振動控