基于鱼群算法的人行天桥TMD减振控制研究

发布时间：2019-11-21 15:03

【摘要】：随着新型高强度的材料不断开发与广泛运用,人行天桥的结构正朝着大跨度纤细方向发展,将造成了其固有频率会相应的减小。若桥梁的固有频率和人群荷载频率相重叠,造成桥梁的大幅振动,使安全事故频发。调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper,简称TMD)作为现在发展比较完善的减振控制系统在桥梁减振中得到广泛应用。使桥梁达到减振目的涉及到TMD最优参数求解问题,但TMD最优参数求解是一个多目标优化问题,由于多目标优化问题求解困难,造成求解多依靠经验公式方法。鱼群算法作为一种新型智能算法,因其原理简单、收敛速度快,求解精度高,在现在多领域得到应用。因此,本文在现有传统Den Hartog的TMD参数设计方法基础上,提出了一种基于鱼群算法搜寻TMD最优参数方法以达到桥梁减振的要求,主要内容包括以下几个方面:首先,理论上分析了人行荷载的几种通用模型,建立本文采用的人行荷载模型,进行人行荷载对桥梁振动影响的理论分析,结合人行桥的特点建立本文所需桥梁模型,并对其进行模态分析,把人群荷载加载到模型中,研究人群荷载对人行天桥的动力响应。其次,对TMD无阻尼-结构无阻尼、TMD有阻尼-结构无阻尼、TMD有阻尼-结构有阻尼三种情况进行理论分析;采用传统TMD设计方法,设计多种不同质量比下的TMD系统,在Midas Civil中加载TMD模型,研究人行天桥减振后的动力响应。最后,建立结构动力放大系数的目标函数,用鱼群算法对该函数进行优化,搜索TMD的最优参数,得到的参数加载到模型中,分析优化前后的TMD系统对桥梁的减振效果,结果表明该算法在搜索TMD最优参数中具有一定的可行性和有效性。
【图文】：

绪论.1 选题的背景和意义当前我国建造的道路用人行天桥、旅游观景用桥梁以及在高层建筑群之设计的大跨径楼板，往往会因为人行荷载的频率和结构自身的频率相接近成结构过量振动，超过了人们所能忍受的最低舒适度，严重影响了这类结性能。魏建东等通过分析国内外大量与人行荷载有关的桥梁垮塌事故，提桥梁设计时不仅只考虑结构静载荷，还应该考虑人行荷载的影响[1]。例000 年伦敦千禧桥（千禧桥见下图 1.1 所示）[2]在建成后首次开放时，由于该几阶振动模态在行人激励下发生了共振，共振产生大幅度横向振动，不仅行人在桥上寸步难行，同时也使结构有倒塌的危险，最后通过采取昂贵的、加固以及安装阻尼器等措施后才解决了该问题。于是，就这类桥梁振动的安全问题，非常急切须要建立起结构振动响应计算和控制设计方法。

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宁波大学硕士学位论文11图 2.1 人群动态负载因子与人数相关图2.1.2 随机振动模型由于现实中人行走时产生的力在变化时不具有周期性，因此为了能对它进行傅里叶变换，通常是把平均步伐周期看做常量。不仅人行走产生的力在变化时不具有周期性，人行走的步行频率也不具有周期性，，因此人行走产生的力具有一定的随机性。对于随机性的问题，一般是运用时频转换的方法来分析。Ohlsson 通过时域与频域的相互转换，首次提出了基于频率的单人荷载模型，然后通过相关分析，总结得到了该荷载的功率谱[54]。Brownjohn 基于人行荷载频率遵从正态分布基础上，总结得到了竖向力位于单人载荷状态下在的功率谱[55]。2.1.3 本文选用的人行荷载模型当钢结构形式人行天桥的自身频率与行人载荷频率相接近时，即处于 2 Hz 周围时，人行天桥有可能发生过大振动反应。Bachmann H 通过分析竖向人形荷载对桥梁的影响，得到第一阶分量相比其它阶分量对桥梁振动贡献最大[56-57]。在本文中关于人行荷载对桥梁的影响，着重考虑它的一阶分?
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U448.11;U441.3

【参考文献】