基于人-結(jié)構(gòu)相互作用大跨樓蓋振動(dòng)響應(yīng)及控制研究.pdf

1、隨著建筑結(jié)構(gòu)的持續(xù)發(fā)展和高強(qiáng)輕質(zhì)材料的廣泛使用，結(jié)構(gòu)逐步向大跨、輕質(zhì)、柔性、低阻尼的趨勢(shì)發(fā)展，人致振動(dòng)問題日益突顯，引起廣泛關(guān)注，而大跨結(jié)構(gòu)在人群荷載激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)和控制研究還沒有十分完善，國(guó)內(nèi)對(duì)人-結(jié)構(gòu)相互作用也鮮有涉及。結(jié)構(gòu)上留駐或運(yùn)動(dòng)人群在增大結(jié)構(gòu)質(zhì)量、施加動(dòng)力荷載的同時(shí)還作為具有剛度與阻尼特性的系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)存在耦合動(dòng)力作用，因此研究人-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)深入了解結(jié)構(gòu)在人群作用下動(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)變化規(guī)律具有深遠(yuǎn)的意義。
　　本

2、文基于國(guó)內(nèi)外人-結(jié)構(gòu)耦合作用的研究成果，從人體單自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型的建立及參數(shù)識(shí)別、人-結(jié)構(gòu)耦合作用對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性影響、人-結(jié)構(gòu)耦合作用對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和TMD（調(diào)頻質(zhì)量阻尼器）振動(dòng)控制影響以及南京祿口機(jī)場(chǎng)無行李長(zhǎng)廊、北京奧運(yùn)觀景塔塔頂大跨度平臺(tái)兩個(gè)實(shí)際工程案例分析等四個(gè)方面研究人-結(jié)構(gòu)耦合作用。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.設(shè)計(jì)并安裝完成一個(gè)考慮人-結(jié)構(gòu)耦合作用的低頻試驗(yàn)樓板。該試驗(yàn)平臺(tái)采用鋼-混凝土組合樓板形式，尺寸為5

3、米×8米。經(jīng)理論設(shè)計(jì)計(jì)算及Sap2000有限元模型校核，試驗(yàn)構(gòu)件滿足承載力及正常使用要求;采取一系列方法加大面層質(zhì)量，減小面層剛度作用，安裝質(zhì)量塊及TMD使試驗(yàn)板具有較低頻率;對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行了Ansys有限元模擬分析并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)模態(tài)測(cè)試分析，結(jié)果表明二者吻合較好，實(shí)測(cè)第一階模態(tài)頻率為4.638 Hz，阻尼比0.69％;
　　2.進(jìn)行了40人站姿與坐姿人體振動(dòng)模型參數(shù)識(shí)別試驗(yàn)。通過單自由度簡(jiǎn)化動(dòng)力模型模擬留駐人體，基于人體-結(jié)構(gòu)兩自由

4、度耦合系統(tǒng)理論模型得到自由振動(dòng)動(dòng)力方程，通過模態(tài)測(cè)試得到單人留駐前后構(gòu)件自振頻率及阻尼比，代入方程得到人體振動(dòng)基頻及阻尼比，最終得到人體站姿下單自由度模型頻率平均值為5.13Hz，阻尼比36.81％;坐姿下頻率4.91Hz，阻尼比44.06％。最后進(jìn)行了部分變量下的誤差分析，結(jié)果表明本文得到的參數(shù)較為準(zhǔn)確。
　　3.進(jìn)行了人-結(jié)構(gòu)耦合作用對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性影響分析。分別建立人-結(jié)構(gòu)兩自由度耦合系統(tǒng)、人-梁多模態(tài)耦合系統(tǒng)、人-板無限自由

5、度系統(tǒng)理論模型及人-結(jié)構(gòu)有限元模型，利用本文得出的人體振動(dòng)模型參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)分析，總結(jié)并分析了人-結(jié)構(gòu)質(zhì)量比、結(jié)構(gòu)自身頻率、人留駐位置等對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響規(guī)律，創(chuàng)造性地提出了模態(tài)質(zhì)量參與率的概念，以此更直觀表明了耦合系統(tǒng)各階模態(tài)的振動(dòng)特性及結(jié)構(gòu)和人振動(dòng)參與情況。最后進(jìn)行了低頻及高頻試驗(yàn)構(gòu)件多人留駐下模態(tài)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著留駐人數(shù)增加，低頻構(gòu)件頻率降低很快，高頻構(gòu)件頻率有所上升，阻尼均增大，驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　4.進(jìn)行了

6、人-結(jié)構(gòu)耦合作用對(duì)結(jié)構(gòu)人群荷載作用下振動(dòng)響應(yīng)及MTMD控制影響分析。建立了人-結(jié)構(gòu)-TMD及人-梁-TMD耦合系統(tǒng)，進(jìn)行了人行荷載作用下理論計(jì)算，得到了考慮人-結(jié)構(gòu)-TMD耦合作用時(shí)人群荷載共振頻率及TMD優(yōu)化參數(shù)的擬合公式，發(fā)現(xiàn)大部分情況下留駐人體可以減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)、增強(qiáng)TMD的設(shè)計(jì)控制效果及魯棒性?；谠囼?yàn)樓板進(jìn)行了人留駐對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量及振動(dòng)響應(yīng)影響的對(duì)比試驗(yàn)，以此證實(shí)了留駐人體的耗能作用;對(duì)比人在剛性地面上及試驗(yàn)樓板上步行力的區(qū)