跳跃荷载作用下的大跨楼盖振动响应与控制研究

发布时间：2017-09-18 12:15

  本文关键词：跳跃荷载作用下的大跨楼盖振动响应与控制研究

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【摘要】：由于轻质高强材料和大跨结构在车站、体育场看台和健身房等公共建筑的应用,楼盖体系的竖向自振频率越来越低,质量和阻尼也越来越小,有节奏运动引起的楼板振动舒适度问题日益突出,因此开展结构在有节奏运动下的振动响应分析具有十分重要的意义。本文基于国内外已有的研究成果,进行了单人跳跃荷载的试验研究,进一步确定了人群跳跃荷载模型,同时考察了人与结构相互作用对人致激励的影响,并以苏州工业园区体育场为工程背景,通过建立其分析模型,对大跨楼盖结构进行人群荷载作用下振动响应控制分析。主要研究工作和成果如下：1.进行了单人跳跃荷载的试验研究。对试验对象进行了六组固定频率的跳跃试验,共采集34230组数据,将得到的数据进行分析计算,对控制参数统计其分布规律和变化范围,并讨论了各个参数之间的联系,提出了分频段式的跳跃荷载模型,即当跳跃频率分别处于低频、中频和高频时,荷载模型分别采用半正弦模型(sin模型)、半正弦与半正弦平方模型之和的一半(sin+sin2模型)和半正弦平方模型(sin2模型)；并以单人跳跃荷载模型为基础,考虑控制参数的随机性,对随机人群荷载进行研究,拟合了人群跳跃荷载曲线。2.进行了人体在原地跳跃状态下的单自由度简化模型参数识别试验。通过测试者在试验楼板上进行固定频率的跳跃运动,测得楼板在单人跳跃作用下的动力特性,基于人体-结构两自由度动力模型,对运动人体简化模型进行参数分析,得到单人跳跃时人体单自由度模型的频率均值为5.098Hz,阻尼比为22.94%。3.考察了人与结构相互作用对人致激励的影响。测试者在试验楼板上进行单人跳跃荷载试验,共得到9783组有效数据,将测得的数据进行参数分析,得到动力放大系数、跳跃频率和接触率等控制参数的分布规律,并与刚性地面的结果进行对比,得出刚性地面上的跳跃力峰值高于试验楼板上的跳跃力峰值10%左右；同时通过对试验楼板进行有限元建模与分析,验证了试验结果的正确性。4.对大跨楼盖进行了人群荷载作用下的振动响应控制分析。对苏州工业园区体育场建立有限元模型,首先对结构进行了试验拟合荷载模型及IABSE模型两种确定性荷载和100次随机人群荷载作用下的动力特性分析,通过对比结果验证了试验拟合的荷载模型的正确性；分别对结构进行确定性荷载、随机人群荷载及考虑人与结构相互作用的人致激励作用下的结构振动控制分析,通过布置24套粘滞流体阻尼器对结构进行减振控制,减振后的加速度响应均小于规范限值,满足舒适度要求。
【关键词】：跳跃荷载 大跨楼盖 跳跃荷载试验 人与结构相互作用 有限元分析 振动控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU311.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 研究现状12-16
• 1.2.1 跳跃荷载模型12-13
• 1.2.2 人与结构相互作用13-14
• 1.2.3 国内外楼板振动舒适度的研究14-15
• 1.2.4 大跨结构人致振动响应及控制分析方法15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 参考文献17-20
• 第二章 单人跳跃荷载试验20-48
• 2.1 引言20
• 2.2 单人跳跃荷载模型及其控制参数20-26
• 2.2.1 单人跳跃特性20-21
• 2.2.2 跳跃荷载特征参数21-23
• 2.2.3 单人跳跃荷载的数学模型23-25
• 2.2.4 人群跳跃荷载模型25-26
• 2.3 单人跳跃荷载试验26-29
• 2.3.1 试验场地26-27
• 2.3.2 试验设备27-28
• 2.3.3 试验方案28-29
• 2.4 试验结果分析29-38
• 2.4.1 控制参数统计分析29-37
• 2.4.2 控制参数的变化规律37-38
• 2.5 单人跳跃荷载的数学模型38-40
• 2.6 本文荷载模型与傅里叶级数模型的对比40-44
• 2.7 随机人群跳跃荷载模型44-46
• 2.8 本章小结46
• 参考文献46-48
• 第三章 人与结构相互作用对人致激励的影响分析48-69
• 3.1 引言48
• 3.2 单人简化模型与相关参数48-52
• 3.3 单人动力简化模型研究52-58
• 3.3.1 试验楼板与试验设备52-54
• 3.3.2 人体动力简化模型参数试验54-58
• 3.4 人与结构相互作用对人致激励的影响58-66
• 3.4.1 试验方案59
• 3.4.2 试验结果59-64
• 3.4.3 有限元对比64-66
• 3.5 本章小结66
• 参考文献66-69
• 第四章 大跨楼盖结构人致振动响应分析69-86
• 4.1 引言69
• 4.2 有节奏运动下大跨楼盖振动69-77
• 4.2.1 有节奏运动下楼盖随机振动模型69-71
• 4.2.2 人-结构耦合振动系统人致振动响应时域分析方法71-74
• 4.2.3 人群-结构-MTMD多模态耦合振动系统人致振动响应理论研究74-76
• 4.2.4 人-结构-MTMD耦合振动系统人致振动响应时域分析方法76-77
• 4.3 大跨楼盖结构人致振动响应分析77-84
• 4.3.1 工程概况77
• 4.3.2 模型建立与动力特性分析77-79
• 4.3.3 人群荷载工况定义79-80
• 4.3.4 确定性荷载人致振动响应分析80-81
• 4.3.5 随机人群荷载人致振动响应分析81-83
• 4.3.6 考虑人与结构相互作用的人致振动响应分析83-84
• 4.4 本章小结84-85
• 参考文献85-86
• 第五章 大跨楼盖振动响应控制86-93
• 5.1 引言86
• 5.2 消能减振设计方案86-87
• 5.2.1 消能减振设计原理86-87
• 5.2.2 消能减振装置参数87
• 5.3 减振结果分析87-92
• 5.3.1 确定性荷载减振分析88-89
• 5.3.2 随机人群荷载减振分析89-91
• 5.3.3 考虑人与结构相互作用的人致激励减振分析91-92
• 5.4 本章小结92
• 参考文献92-93
• 第六章 总结与展望93-95
• 6.1 主要工作总结93-94
• 6.2 研究展望94-95
• 致谢95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：875485