行人荷载下大跨钢箱梁人行桥动力响应分析与TMD减振控制

发布时间：2017-12-25 22:02

本文关键词：行人荷载下大跨钢箱梁人行桥动力响应分析与TMD减振控制　出处：《广州大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着社会经济的快速发展,城市人行天桥不断向大跨、轻柔和美观的方向发展,导致人行桥的自振频率和阻尼亦不断降低,其一阶竖向自振频率往往处于行人荷载步频1.6~3.2Hz的范围内,产生人-桥共振,轻则给行人带来不适感和心理上的恐慌,重则可能引起结构损伤、甚至破坏,因此针对大跨人行桥开展行人荷载作用下振动舒适度分析及其减振控制研究具有重要的现实意义。本文以某64m大跨钢箱梁人行桥为研究对象,首先采用Midas civil和SAP2000进行有限元建模,通过对比分析验证有限元模型的合理性;随后基于已验证的Midas civil数值模型,对比研究了不同规范行人荷载模式下的大跨人行桥的动力响应规律,并进一步探讨了大跨人行桥在不同行人荷载激励下的动力响应;最后针对人-桥共振产生超越规范加速度限值的情况,引入TMD(Tuned Mass Damper)减振控制技术开展了大跨人行桥的减振控制分析。本文主要研究工作与取得的结论如下:1.针对大跨人行桥一阶竖向频率处于行人步频范围内容易引起人桥共振的现象,以某64m大跨钢箱梁人行桥为背景,设计了4种处于行人步频范围内的人行天桥(其一阶竖向频率依次为1.796Hz、2.164Hz、2.653Hz、3.016Hz)。采用大型通用有限元Midas civil和SAP2000软件分别建立4种人行桥的有限元模型,基于模态分析结果对比验证了所建模型的正确性,研究结果表明:两种软件计算得到的周期、振型具有很好的吻合度,周期最大误差为5.05%(模型4、第4阶振型),证明所建Midas civil有限元模型是合理可行的。2.在不同规范行人荷载模式作用下(国际标准组织ISO10137、英国规范BS 5400、瑞典规范Bro 2004、德国规范EN03和中国规范),对比研究了4种人行桥的动力响应规律,研究结果表明:相对而言,在ISO10137规范给出的行人荷载模式作用下得到的加速度和位移响应总体上最大,建议对于一些舒适度要求较严格的工程结构可采用该荷载模式;在中国规范、英国规范和瑞典规范给出的行人荷载模式激励下,人行桥动力响应均随着结构一阶竖向频率的增加而减小;在德国规范给出的行人荷载模式激励下,人行桥动力响应随着结构一阶竖向频率的增大,呈现先减小后增大的现象,且当外荷载激励频率在2.3Hz~2.5Hz范围时,该规范已不适用。3.在随机、节拍、连续行走以及跳跃行人荷载作用下,针对4种大跨人行桥模型开展了不同荷载激励频率下的52个工况的动力响应分析,对比研究了不同参数条件下的大跨人行桥位移和加速度响应规律,研究结果表明:当行人激励频率与人行桥竖向自振频率较为接近时,人行桥竖向动力响应达到最大值,产生人-桥共振;人行桥竖向振动响应与行人步频不成比例关系,而取决于人行桥竖向自振频率和行人步频是否一致;大跨人行桥跨中的动力响应最大,并随与支座距离的接近而逐渐降低;行人荷载激励下,人行桥峰值加速度响应往往超过规范限值要求,尤其是人-桥共振情形,而位移响应均较小,不论是否发生共振均满足规范限值要求。4.引入TMD和MTMD(Multi-Tuned Mass Damper)减振控制技术,在不同行人荷载激励下对4种大跨人行桥结构进行了12个工况下的减振控制分析,研究结果表明:TMD减振控制技术能够有效改善行人荷载激励下的人行桥动力响应,大大提高人行桥的舒适度;虽然TMD减振技术能够有效控制人行桥的行人荷载激励响应,但MTMD对人行桥动力响应的控制效果更为优越,不仅在控制效果上具有更好的稳定性,而且能够在更宽的频域范围内均保持良好的减振效果(即具有更宽的减振控制频带),能够避免当行人步频远离结构竖向自振频率时TMD减振技术可能出现的负减振效果现象。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.11;U441

【参考文献】