随机人群行走下大跨楼盖的动力特性参数及加速度响应的变化规律

依据人在行走过程中变步长、变步频和变步速的关系,建立了一种随机人群步行荷载模型.基于薄板振动理论,推导了考虑人-结构相互作用的人群-大跨楼盖耦合动力方程,并通过编程计算,分析了随机人群作用下大跨楼盖动力特性参数与加速度响应的变化规律.结果表明:人群随机行走下,大跨楼盖瞬时频率先减小、后增大,瞬时阻尼比先增大、后减小;随着行走人数增多,大跨楼盖瞬时频率最小值显著降低,瞬时阻尼比最大值大幅增加,瞬时加速度和均方根加速度均呈先增后减的趋势;不同行走人数下,考虑与不考虑行人随机性时结构的加速度响应差异较大,其中瞬时加速度最大差异率可达到53.90%,均方根加速度最大差异率可达到61.57%.

随机行走人群-大跨楼盖耦合振动及MTMD减振分析

为研究随机行走人群与大跨楼盖的耦合振动,基于随机人群荷载模型,推导出人群-大跨楼盖-TMD耦合动力方程,开展了随机人群行走下大跨楼盖动力特性参数及加速度响应的不确定性研究.结合遗传算法,建立了考虑人-结构相互作用的MTMD减振优化设计方法,并通过数值计算对比了单个TMD与优化MTMD的减振效果.结果表明,随机人群行走下,随着行走人数的增多,大跨楼盖一阶瞬时阻尼比大幅提高,一阶瞬时频率明显降低,且结构模态质量越小,相同行走人数下楼盖瞬时阻尼比的提升幅度与瞬时频率的下降幅度均越大.大跨楼盖加速度响应随着行走人数的增多先增大后减小,相同行走人数下的结构加速度随模态质量的减小而增大.大跨楼盖MTMD减振优化设计方法能够有效减小人群行走下楼盖的加速度响应,优化MTMD的减振效果明显优于单个TMD,最大提升率为46.36%.

考虑舒适度的大跨楼盖MTMD系统混合优化设计

围绕大跨楼盖多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Dampers,MTMD)系统的设计方法开展研究。首先,建立了某高铁站房商业夹层的结构有限元模型,对其动力特性和振动舒适度进行了分析;随后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和模式搜索算法(Pattern Search,PS)构建了混合优化算法A(Hybrid Algorithm A,HA)和混合优化算法B(Hybrid Algorithm B,HB),并基于此建立了大跨楼盖MTMD减振优化设计方法;最后,通过数值算例对比了4种算法的寻优能力和稳定性,并分析了设置MTMD系统后,大跨楼盖加速度响应的分布和衰减规律。研究表明,对于质量、刚度等分布不均匀的复杂大跨楼盖,振动响应规律与一般楼盖有一定的差异;在相近的重分析次数下,利用HA得到的最优值平均为0.653,小于利用GA和PS得到的结果;设置MTMD系统后,大跨楼盖响应较大区域内的节点加速度均有所降低,最大衰减超过了30%。

随机人群荷载下大型火车站房大跨楼盖减振设计与分析

针对大型火车站房的大跨楼盖的振动舒适度问题,建立了某大型站房的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行了模态分析,研究了这类建筑中大跨楼盖的振动特性.以IABSE建议的单人步行激励为基础,考虑行人起步相位角随机分布,提出了楼盖随机人群荷载模拟方法,应用该方法对该大跨楼盖进行了人行荷载模拟,并通过多点输入和时程分析法对该楼盖进行了振动舒适度分析.总结已有的研究成果,根据大跨楼盖的振动特性,提出了大跨楼盖多重调谐质量阻尼器(MTMD)的减振设计方法,据此对楼盖进行了MTMD减振设计与分析.结果表明,利用该方法设计MTMD减振系统可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动,最大衰减率达到72%,各工况下平均衰减率可达44%.

跳跃荷载下大跨楼盖的振动加速度反应谱

利用实测92人次506条跳跃荷载记录,计算每条记录的单自由度系统加速度峰值及10s和1s移动均方根峰值等反应谱曲线,并在此基础上提出了面向工程设计的反应谱表达式.由试验数据的分析获得了不同阻尼比和保证率下的反应谱参数及不同响应代表值间的转换关系.结合振型分解反应谱思想,可由建议反应谱计算单人跳跃下楼盖的动力响应.通过与模型试验和工程实测的对比验证了反应谱方法的可行性,可用于楼盖的振动舒适度设计.

高铁站房大跨楼盖人致振动舒适度控制研究

研究目的:针对高速铁路站房大跨楼盖工程,通过建立有限元整体模型,研究此类建筑中大跨楼盖的振动特性;采用结构减振控制理论,选取多重调频质量阻尼器(MTMD)装置对结构在各种人群荷载作用下的振动进行控制与舒适度设计。研究结论:(1)通用有限元分析软件平台建立的三维结构分析模型,可以对多种人群荷载工况下减振前后楼盖结构的动力响应进行全过程分析,并从峰值加速度指标方面对减振前后的结构进行了对比分析;(2)采用MTMD减振方案可以有效降低楼盖结构在人群荷载工况下的振动加速度峰值,使结构满足人群荷载作用下的舒适度要求,起到良好的减振效果;(3)该研究成果可为同类大跨度楼盖的振动控制和舒适度设计提供理论参考和技术支持。

步行荷载下大跨楼盖MTMD控制参数优化方法研究

采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)来控制大跨楼盖由于行人引起的竖向振动,已被工程实践证明为一种行之有效的减振方法。然而由于步行荷载的时空复杂性,采用有限元时程分析方法进行MTMD最优参数设计时的计算成本过高,甚至难以实现。为此,提出一种步行荷载下大跨楼盖-MTMD参数优化的混合算法,利用有限元获得楼盖模态后再由振型分解法计算移动步行荷载引起的结构响应,进一步结合遗传算法,研究考虑结构动力特性变化的MTMD参数优化问题。最后,以某体外预应力楼盖为例进行了MTMD频率和阻尼比的优化设计,讨论了楼盖固有频率和阻尼比变化对减振效率的影响,对比了考虑与不考虑结构特征改变的MTMD参数优化结果。结果表明,所建议的混合算法可显著提升计算效率并获得优化的控制参数,可用于同类大跨楼盖MTMD控制参数设计问题。

设置TMD的大跨楼盖动力特性及人致振动分析

以采用调谐质量阻尼器(TMD)进行振动控制的某小学体育馆大跨楼盖为背景,分别在施工阶段和正常使用阶段对其进行了现场振动测试。施工阶段主要考虑质量增加对结构振动特性的影响,正常使用阶段重点考虑了人致振动的多种工况,并利用MIDAS/Gen有限元软件对TMD的减振效率进行了分析。结果表明:大跨楼盖的自振频率随着铺设面层以及楼面重量的增加而减小,舒适度设计时应按使用阶段的实际最大荷载考虑;采用有限元软件对楼盖舒适度进行计算时,应考虑面层对楼板刚度的影响;当外部激励的频率与楼盖的自振频率接近时,TMD对楼盖的减振效果最为显著。

某商场大跨楼盖竖向振动舒适度分析

首先阐述了有关楼盖竖向振动舒适度的概念,评价标准以及分析方法等,然后针对一个商场建筑工程实例,利用Midas/Gen软件整体建模,对其大跨楼盖结构进行了步行荷载激励下的竖向振动舒适度分析和评估,研究了步行荷载加载模式、楼盖结构布置等对楼盖竖向振动舒适度的影响。

三种不同大跨楼盖结构方案的技术经济分析

结合实际项目,针对29.40 m×33.60 m的大跨楼盖,对预应力主梁、钢梁-压型钢板混凝土组合板、型钢混凝土主梁三种不同结构方案进行经济性比较,并为大跨楼盖结构方案的确定提供依据。计算结果表明:后两个方案用钢量是预应力主梁方案的2倍之多;但从单位面积工程费用来看,虽然预应力主梁楼盖结构最低,钢梁-压型钢板混凝土组合楼盖结构最高,后两个方案却并未达到预应力主梁方案的2倍之多。因此确定最优方案时不能仅从用钢量进行衡量。

忽略梁板轴线相对偏移对人行荷载下大跨楼盖TMD减振的影响

为研究忽略梁板轴线相对偏移对大跨楼盖在人行荷载下TMD(调谐质量阻尼器)减振的影响,以某酒店会议中心大跨楼盖为研究对象,将大跨楼盖分为梁板轴线对齐模型和梁顶与板顶齐平模型,分别进行动力特性分析,针对各自主要竖向振型加设人行荷载,依据各人行荷载下楼盖的振动响应,对两种楼盖模型分别设计了不同的TMD减振方案。对比发现:相比于梁板轴线对齐的楼盖结构,考虑梁板轴线相对偏移时,楼盖结构的梁板刚度和竖向自振频率均偏大,各人致激励工况下的振动响应和TMD减振设计方案完全不同。最后,将梁板轴线对齐模型的TMD减振方案以同样位置布置于梁顶与板顶对齐模型时,发现TMD无明显的减振效果,说明了在对大跨楼盖做人行荷载下的舒适度分析时,应充分考虑梁板轴线相对偏移的影响。

某运动场地大跨楼盖舒适度分析与控制

根据最新的建筑楼盖结构振动舒适度技术标准及相关规范,采用有限元分析软件Etabs,对某大跨楼盖进行了有节奏运动舒适度分析与振动控制设计。结果表明:有节奏运动作用下的大跨楼盖,舒适度是结构设计的主要控制因素,须采取一定的减振措施,才能满足规范对楼盖舒适度的控制要求。本工程通过合理布置调谐质量阻尼器(TMD),对该有节奏运动作用下的大跨楼盖振动进行了有效控制。

大跨楼盖体系中TMD的数量优化

国家会议中心宴会厅L4楼面采用TMD系统作为大跨楼盖体系的减震装置。本文采用遗传算法对楼盖结构阻尼器的布置数量进行优化,得出对于不同荷载工况下的结构阻尼器布置数量优解。

浅析大跨楼盖结构二维模型的建立

国家会议中心大宴会厅L4屋顶为60×81m的大跨度楼盖结构,在人行荷载下将产生超出人体舒适度的加速度响应。本文探讨如何采用二维模型对结构进行建模分析,在保证数据有效性的前提下进行计算简化。

某铁路站房大跨楼盖结构分析设计

某铁路站房候车大厅为24 m×24 m双向大跨钢筋混凝土结构,楼盖结构分析了井字梁方案和单向次梁方案,按本工程情况选用第2种方案。单向大跨次梁搁置在大跨度主梁上,在主梁上形成较大扭矩,主梁验算不满足截面条件。本工程通过布置次梁预应力筋,预应力等效荷载平衡部分竖向荷载,并控制次梁梁端预压力弯矩,减少主梁扭矩,保证了结构安全,可供同类工程参考。

钢-混凝土组合空腹夹层板大跨楼盖设计

新型钢-混凝土组合空腹夹层板楼盖具有优异的空间力学特性,适用于大跨度、大柱网的工业与民用建筑,作为一种新的楼盖形式,与普通钢筋混凝土井字楼盖和密肋梁楼盖有较大的区别。以某部队营区篮球馆大跨度楼盖设计为例,介绍其主要设计计算过程。

某商业大跨楼盖的舒适度计算分析

因某钢结构商业及商业街项目,平面较为复杂,钢梁跨度较大,容易出现舒适度问题。文中通过简化计算方法和有限元分析方法,对该项目大跨楼盖的舒适度进行了计算分析。结果表明该商业的大跨楼盖部分的舒适度满足现行规范的要求。两种分析方法的结果较为接近,适用于指导规则的楼盖布置,对于复杂楼盖,需采用有限元分析进一步复核。

广州白云站高架层组合楼盖人致振动及车致振动舒适度研究

广州白云站铁路站房高架候车层采用钢-混凝土组合楼盖结构体系,最大跨度为28.5m。针对其振动舒适度问题,通过数值模拟研究高架层人行激励和承轨层列车激励下结构的动力时程响应。人致振动研究考虑了多种行走激励,对结构施加固定单人步行、移动单人步行、随机多人步行和固定多人步行等工况,分析其振动舒适度。车致振动研究采用一种简化的列车荷载模型模拟列车激励,研究了列车行驶速度、行驶位置以及列车激励同人行激励耦合对高架层楼盖振动响应的影响。数值模拟结果表明:随机多人步行方法和考虑荷载折减的固定多人步行方法较适合模拟实际人群荷载;列车激励对高架层组合楼盖峰值加速度的影响不可忽略,应通过整体分析进行考虑;各人行激励工况以及列车激励同人行激励耦合工况下的结构振动舒适度均满足规范要求。

大跨楼盖结构减振设计与分析

针对大型火车站房的大跨楼盖的振动舒适度问题,围绕基于人体舒适度的大跨楼盖减振设计理论和方法,首先介绍了新研制的可调节刚度调谐质量阻尼器(tuned mass dampers,简称TMD);随后,系统研究了各种可能引起动力效应的人体活动,建立了起立、步行等人致动力荷载的模拟方法,进而给出基于有限元模型的大跨楼盖人致振动分析方法;在分析大跨楼盖多重调谐质量阻尼器(multiple tunedmass dampers,简称MTMD)减振机理的基础上,借鉴已有的MTMD研究成果,提出了考虑人体舒适度的大跨楼盖MTMD减振设计方法;据此对数个大型结构开展了MTMD减振设计、分析与现场实测研究。理论和实测结果表明,利用本文方法设计的MTMD系统可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动。本文的可工作为类似的大跨楼盖的振动舒适度的分析和控制系统的设计提供参考和借鉴。

大跨度组合楼盖人致振动分析与实测研究

为探讨大跨度组合楼盖的人致振动性能,基于单人脚步荷载模型,结合影响人群行走效应的因素,如人群分布、行走频率等,提出了一种人群激励的随机模拟方法.通过多点输入和时程分析法研究了某大跨度组合楼盖的人致振动反应,设计、研制了多组调谐质量阻尼器,并对该组合楼盖多个振动模态进行综合控制;实测了该大跨度组合楼盖在主体结构完成、整体结构完成2个阶段的动力特性;测试了阻尼器安装前、后组合楼盖在多种人群激励下的竖向加速度反应.研究结果表明:人群激励的类型和行走路线对楼盖振动反应影响显著;大跨度组合楼盖具有典型的模态密集特性,其在多种人群荷载激励下的竖向加速度反应较大;安装多组调谐质量阻尼器后,楼盖的人致振动反应显著降低且均满足人体舒适度的要求.