人行荷载模拟及大跨楼盖人致振动响应研究

发布时间：2020-09-14 13:03

　　随着土木工程领域内轻质高强材料发展趋于成熟,建筑结构形式日益优化,大跨楼盖结构在公共建筑中的应用不断增多。大跨楼盖结构具有跨度大、自重轻、强度高等优点。轻柔结构自振频率多数低于3Hz,易与人行步频范围重合,从而产生共振。人行荷载激励下产生的结构过量振动将影响大跨楼盖结构的舒适性与安全性。本文以大跨楼盖结构为研究对象,围绕人行荷载模拟及人致振动响应分析方法开展相应研究。本文的主要研究内容包括:1、深入分析了人致结构振动响应影响因素的变化规律。采用有限元模拟与试验研究方法开展了单人行走下大跨楼盖结构振动响应研究,从人体特征与结构特征两方面分析人致结构振动响应影响因素并提出了建议取值。研究结果表明,单人固定步频行走下人致振动响应分析中人体重量可取为中国男性体重均值,步幅取为0.715m,结构阻尼比应根据相关实测结果及规范规定确定。单人固定步频行走下大跨楼盖结构振动响应分析结果与相应人致振动试验结果较为符合。2、系统分析了人群密度对人行步态的影响,提出了一种基于人群密度变化的随机人行荷载模型。根据人行步速-人群密度关系的相关研究成果,从微观角度解释了人群中个体间产生相互作用的原因及其影响。基于人群步行特征实际观测结果,分析了不同人群密度下步频及步速的变化规律。研究结果表明,人群密度对人行步频、人行步速影响显著,基于人群密度变化的随机人行荷载模型可以较为准确考虑人群中个体间的相互作用。3、深入研究了大跨楼盖结构在人群行走作用下的振动响应,构建了一种符合中国人步行特征的人群步行荷载模拟方法,提高了人群步行激励的准确性。建立了人群行走下大跨楼盖结构振动响应分析方法,基于模型楼盖结构开展了多人人行激励试验验证工作。研究结果表明,本文建立的人致结构振动响应分析方法计算得到的结构加速度响应与人致振动试验结果相符,可以较为准确预测人群行走下大跨楼盖结构的振动响应。4、针对人群行走下结构振动加速度响应制定减振控制方案。在楼盖中心点处布置一组调谐质量阻尼器以控制结构在人群荷载作用下的过量振动。研究结果表明,被动消能减振系统具有良好的减振效果,优化设计调谐质量阻尼器的质量块质量、阻尼比、频率比等参数,布设于大跨结构合适位置的调谐质量阻尼器可以有效提高人致结构振动舒适度。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU311.3
【部分图文】：

测力板

测力板系统

时程图,竖向,测力平台,步频

图 1.2 步行力时程[8]：(a)竖向、(b)水平纵向、(c)水平侧向Periodic walking time histories: (a) vertical, (b) longitudinal,全面而系统的研究了不同步行模式下的步行力时程曲线变化可以得出：随着步频的增加，步行力峰值面接触时间减少，具体如图 1.3 所示。Ebrahimpo测力平台测得竖向步行力时程，发现测得的时程曲

时程曲线,行走模式,时程曲线,竖向

人行荷载模拟及大跨楼盖人致振动响应研究，其周期约等于步行频率的倒数值。谢伟平等[11]采用 4 块 Kistler 测力板结构可能出现的步行工况开展了人行荷载测试，确定了不同工况对应的荷载特性。测力板安装在地面上固定位置，在步行激励测试过程中行人识的调整行走状态进而准确踏上测力平台，此种行走状态与实际的行走偏差，将会影响测试数据的准确性。基于测力板系统的单人步行荷载试略记录测试者的步频、步幅等参数，其准确性将会影响人行荷载模型精度

【参考文献】