人群荷載的參數(shù)識別及其作用下大跨樓蓋振動控制研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展、結(jié)構(gòu)材料及建造工藝的不斷更新，大跨、輕質(zhì)、柔性、低阻尼結(jié)構(gòu)越來越多，人致振動問題日益突顯，引起廣泛關(guān)注。結(jié)構(gòu)上留駐或運動人群在增大結(jié)構(gòu)質(zhì)量、施加動力荷載的同時還作為具有剛度與阻尼特性的系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)存在耦合作用。研究人體動力學(xué)模型參數(shù)是深入了解這種耦合作用的關(guān)鍵因素，同時對分析結(jié)構(gòu)在人群作用下動力特性及動力響應(yīng)變化規(guī)律具有深遠意義，同時為結(jié)構(gòu)振動控制提供一定的指導(dǎo)作用。此外，多項大跨樓蓋動力特性測試結(jié)果研究表明，建筑裝飾

2、面層不僅增加了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，其對結(jié)構(gòu)的剛度也有一定的貢獻，這對結(jié)構(gòu)動力特性的研究具有十分重要的意義。
　　本文基于國內(nèi)外已有的研究成果，進行了人體單自由度振動系統(tǒng)模型參數(shù)的試驗研究，同時考察了人體簡化模型參數(shù)變化規(guī)律，并以蘇州工業(yè)園區(qū)體育場為工程背景，通過振動測試和有限元分析，對大跨樓蓋結(jié)構(gòu)進行人群荷載作用下振動響應(yīng)分析。此外，進行了不同面層的模態(tài)試驗研究，并通過有限元模型對其影響進行分析。主要研究工作和成果如下:
　　1.人體

3、簡化模型參數(shù)研究。進行了靜止樓蓋上30人站姿與坐姿人體振動模型及振動樓蓋上5人站姿與坐姿人體振動模型參數(shù)識別試驗。基于單自由度簡化動力模型模擬留駐人體，建立人體-結(jié)構(gòu)兩自由度耦合系統(tǒng)動力模型并求解動力微分方程，通過模態(tài)測試得到單人留駐前后構(gòu)件自振頻率及阻尼比，代入方程組得到人體簡化模型基頻及阻尼比，最終得到靜止樓蓋上人體站姿下單自由度模型頻率平均值為5.12Hz，阻尼比36.76％，坐姿下頻率平均值4.92Hz，阻尼比43.93％;振動

4、加速度0mm/s2到300mm/s2時，人正常站立姿勢單自由度簡化振動模型頻率平均值為5.14Hz～4.85Hz，阻尼比平均值為38.71％～43.52％，坐姿情況下，頻率均值為4.96～4.57Hz，阻尼比平均值為41.13％～45.33％。
　　2.設(shè)計并澆筑完成了一個混凝土試驗板?？紤]實際樓板邊界條件設(shè)計了一個3米×6米樓板來進行模態(tài)試驗，對試驗板進行了Sap2000有限元模擬并進行現(xiàn)場模態(tài)測試，二者吻合較好，第一階模態(tài)頻率

5、為17.900Hz。
　　3.進行了建筑面層對結(jié)構(gòu)動力特性影響分析。進行瓷磚、水磨石、大理石三種不同面層模態(tài)試驗，分析不同面層對結(jié)構(gòu)頻率影響，結(jié)果表明:鋪設(shè)面層后，結(jié)構(gòu)第一階頻率有所減小，但第二、三階頻率有所增大。有限元模擬建筑面層對結(jié)構(gòu)頻率影響，結(jié)果顯示，宜將建筑面層考慮為附加混凝土層，附加層質(zhì)量取為實際面層重量，附加層厚度建議取29～31mm，此時有限元計算結(jié)果與實測值能夠較好的吻合。
　　4.進行了大跨結(jié)構(gòu)現(xiàn)場測試。對

6、蘇州工業(yè)園區(qū)體育場看臺結(jié)構(gòu)進行動力特性測試、人群荷載下的振動響應(yīng)測試;將測試結(jié)果與考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用及不考慮該影響兩種情況下結(jié)構(gòu)人致振動響應(yīng)的計算結(jié)果進行對比，結(jié)果表明，考慮人群與結(jié)構(gòu)的振動耦合的相互作用所得的響應(yīng)計算結(jié)果小于不考慮該影響計算結(jié)果。
　　5.對大跨樓蓋進行了人群荷載作用下的振動響應(yīng)控制分析。對蘇州工業(yè)園區(qū)體育場建立有限元模型，對結(jié)構(gòu)進行三種不同人群荷載及考慮人與結(jié)構(gòu)相互作用的人致激勵作用下的結(jié)構(gòu)振動控制分析，通過