体育场馆大跨度预应力次梁楼盖人致振动分析与舒适度研究

发布时间：2017-09-24 17:44

  本文关键词：体育场馆大跨度预应力次梁楼盖人致振动分析与舒适度研究

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【摘要】：与普通混凝土楼盖相比,大跨预应力次梁楼盖的平面外刚度偏小,对竖向振动较敏感,用于体育馆等剧烈活动场所时其竖向振动舒适度问题更为突出。既有建筑振动舒适度性能加固的代价较大,合理的解决方式是通过人致振动分析将舒适度控制提到设计阶段来。鉴于目前规范中用于指导舒适度设计的相关规定比较粗糙,考虑4种运动形式32个工况,并结合相关实测结果的对比验证,进行了体育场馆大跨度预应力次梁楼盖人致振动分析与舒适度研究。主要研究成果如下:(1)在ANSYS软件中,建立楼盖的三维实体模型,通过降温法施加预应力,采用模态叠加法并考虑前6阶模态,所得模拟分析结果与实测结果吻合较好,验证了采用的大跨度预应力次梁楼盖人致振动舒适度模拟分析方法的可靠性和准确性,为后续研究中该类结构体系所涉及的建模、荷载施加及振动分析等问题的解决方法等提供了参考。同时,根据时程-频谱结合的分析结果,讨论了分析工况的合理选择、振动响应随人数、行走方向的变化规律以及最不利运动形式。(2)对跳跃、行走、跑步、原地踏步4种运动形式,结合振动响应的分析与实测结果对比,给出人致荷载模型选取的合理建议,并根据国外相关研究资料,提出一种修正脉冲系数跑步模型,相比于传统模拟方法,采用该荷载模型的分析结果与实测具有很好的符合性。(3)研究了楼盖结构形式、阻尼、预应力对人致振动响应及舒适度的影响,结果表明:1)对于该楼盖,加设底板能够明显改善振动性能,增加楼面板厚度可能对振动舒适度反而不利,调整结构布置需要同时考虑结构质量与刚度的变化;2)阻尼比对振动响应峰值的影响比较明显;3)预应力对结构振动性能无明显影响。(4)采用不同方法对该实际工程的人致振动舒适度进行评价,结果表明:1)该楼盖舒适度总体符合要求,行走工况下富余度较高,而多人同步跳跃工况较为不利;2)烦恼率模型的控制水准能够满足现有规范标准的要求,并且更偏安全。主要创新点:(1)系统研究了预应力次梁楼盖体系的人致振动分析方法及舒适度影响因素;(2)结合分析与实测结果对比,给出4种运动形式的荷载模型选取建议,提出一种能够满足工程应用的跑步荷载模型;(3)对比了加设底板和楼面板加厚对楼盖振动性能的影响差异,比较了烦恼率模型给出的烦恼率限值与相关规范中加速度限值标准的控制水准。
【关键词】：人致振动 ANSYS 预应力次梁楼盖 人致荷载模型 舒适度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU311.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-16
• 主要符号16-18
• 1 绪论18-38
• 1.1 课题研究背景18-22
• 1.1.1 桥梁中的人致振动舒适度问题19-20
• 1.1.2 公共建筑中的人致振动舒适度问题20-21
• 1.1.3 大跨度预应力次梁楼盖结构体系21-22
• 1.2 国内外研究进展与现状22-34
• 1.2.1 主要研究方法与方向22-24
• 1.2.2 人致荷载24-29
• 1.2.3 楼盖振动系统29-30
• 1.2.4 人对振动主观反应的评价30-32
• 1.2.5 结构振动控制32-33
• 1.2.6 尚存在的问题33-34
• 1.3 本课题研究意义和内容34-38
• 1.3.1 研究意义34-35
• 1.3.2 研究内容35-38
• 2 结构振动理论与有限元分析简介38-52
• 2.1 振动系统基本理论38-42
• 2.1.1 周期荷载的傅里叶级数表达39-40
• 2.1.2 结构共振模型40-42
• 2.2 振动响应的分析方法42-45
• 2.2.1 时域分析和频域分析42-43
• 2.2.2 振型叠加法43-45
• 2.3 有限元分析理论与方法45-52
• 2.3.1 有限元基本原理45-46
• 2.3.2 ANSYS相关功能简介46-50
• 2.3.3 软件适用性论证50-52
• 3 人致荷载数学模型52-66
• 3.1 典型单步落足曲线52
• 3.2 单人连续行走52-58
• 3.3 人群随机行走58-59
• 3.4 跳跃59-62
• 3.5 跑步62-63
• 3.6 原地踏步63-65
• 3.7 本章小结65-66
• 4 基于某工程实例的有限元分析66-130
• 4.1 工程概况66-69
• 4.2 结构建模69-78
• 4.2.1 几何模型69-70
• 4.2.2 有限元模型70-74
• 4.2.3 预应力的模拟和施加74-78
• 4.3 静力分析78-79
• 4.4 模态分析79-82
• 4.5 典型运动形式下结构瞬态响应分析82-128
• 4.5.1 跳跃工况83-94
• 4.5.2 行走工况94-119
• 4.5.3 跑步工况119-124
• 4.5.4 原地踏步工况124-128
• 4.6 本章小结128-130
• 5 基于结构仿真模型的变因素对比分析130-144
• 5.1 楼盖结构形式的影响130-137
• 5.1.1 模态分析131-133
• 5.1.2 瞬态动力分析133-137
• 5.2 阻尼比的影响137-140
• 5.2.1 模态分析137
• 5.2.2 瞬态动力分析137-140
• 5.3 预应力的影响140-142
• 5.3.1 模态分析140-141
• 5.3.2 瞬态动力分析141-142
• 5.4 本章小结142-144
• 6 基于有限元分析结果的舒适度评价144-162
• 6.1 代表性的评价标准144-152
• 6.1.1 频率限值标准144-145
• 6.1.2 加速度限值标准145-149
• 6.1.3 烦恼率模型149-152
• 6.2 采用频率限值标准的评价152
• 6.3 采用加速度限值标准的评价152-158
• 6.3.1 跳跃工况153-154
• 6.3.2 行走工况154-155
• 6.3.3 跑步工况155-156
• 6.3.4 原地踏步工况156-157
• 6.3.5 舒适度性能水准157-158
• 6.4 采用烦恼率模型的评价158-161
• 6.5 本章小结161-162
• 7 结论与展望162-166
• 7.1 全文总结162-163
• 7.2 本文创新点163-164
• 7.3 今后研究展望164-166
• 致谢166-168
• 参考文献168-171

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本文编号：912615