人群荷載的參數(shù)識(shí)別及其作用下大跨樓蓋振動(dòng)控制研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展、結(jié)構(gòu)材料及建造工藝的不斷更新，大跨、輕質(zhì)、柔性、低阻尼結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，人致振動(dòng)問(wèn)題日益突顯，引起廣泛關(guān)注。結(jié)構(gòu)上留駐或運(yùn)動(dòng)人群在增大結(jié)構(gòu)質(zhì)量、施加動(dòng)力荷載的同時(shí)還作為具有剛度與阻尼特性的系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)存在耦合作用。研究人體動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)是深入了解這種耦合作用的關(guān)鍵因素，同時(shí)對(duì)分析結(jié)構(gòu)在人群作用下動(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)變化規(guī)律具有深遠(yuǎn)意義，同時(shí)為結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制提供一定的指導(dǎo)作用。此外，多項(xiàng)大跨樓蓋動(dòng)力特性測(cè)試結(jié)果研究表明，建筑裝飾

2、面層不僅增加了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，其對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度也有一定的貢獻(xiàn)，這對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的研究具有十分重要的意義。
　　本文基于國(guó)內(nèi)外已有的研究成果，進(jìn)行了人體單自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型參數(shù)的試驗(yàn)研究，同時(shí)考察了人體簡(jiǎn)化模型參數(shù)變化規(guī)律，并以蘇州工業(yè)園區(qū)體育場(chǎng)為工程背景，通過(guò)振動(dòng)測(cè)試和有限元分析，對(duì)大跨樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行人群荷載作用下振動(dòng)響應(yīng)分析。此外，進(jìn)行了不同面層的模態(tài)試驗(yàn)研究，并通過(guò)有限元模型對(duì)其影響進(jìn)行分析。主要研究工作和成果如下:
　　1.人體

3、簡(jiǎn)化模型參數(shù)研究。進(jìn)行了靜止樓蓋上30人站姿與坐姿人體振動(dòng)模型及振動(dòng)樓蓋上5人站姿與坐姿人體振動(dòng)模型參數(shù)識(shí)別試驗(yàn)?；趩巫杂啥群?jiǎn)化動(dòng)力模型模擬留駐人體，建立人體-結(jié)構(gòu)兩自由度耦合系統(tǒng)動(dòng)力模型并求解動(dòng)力微分方程，通過(guò)模態(tài)測(cè)試得到單人留駐前后構(gòu)件自振頻率及阻尼比，代入方程組得到人體簡(jiǎn)化模型基頻及阻尼比，最終得到靜止樓蓋上人體站姿下單自由度模型頻率平均值為5.12Hz，阻尼比36.76％，坐姿下頻率平均值4.92Hz，阻尼比43.93％;振動(dòng)

4、加速度0mm/s2到300mm/s2時(shí)，人正常站立姿勢(shì)單自由度簡(jiǎn)化振動(dòng)模型頻率平均值為5.14Hz～4.85Hz，阻尼比平均值為38.71％～43.52％，坐姿情況下，頻率均值為4.96～4.57Hz，阻尼比平均值為41.13％～45.33％。
　　2.設(shè)計(jì)并澆筑完成了一個(gè)混凝土試驗(yàn)板。考慮實(shí)際樓板邊界條件設(shè)計(jì)了一個(gè)3米×6米樓板來(lái)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行了Sap2000有限元模擬并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模態(tài)測(cè)試，二者吻合較好，第一階模態(tài)頻率

5、為17.900Hz。
　　3.進(jìn)行了建筑面層對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性影響分析。進(jìn)行瓷磚、水磨石、大理石三種不同面層模態(tài)試驗(yàn)，分析不同面層對(duì)結(jié)構(gòu)頻率影響，結(jié)果表明:鋪設(shè)面層后，結(jié)構(gòu)第一階頻率有所減小，但第二、三階頻率有所增大。有限元模擬建筑面層對(duì)結(jié)構(gòu)頻率影響，結(jié)果顯示，宜將建筑面層考慮為附加混凝土層，附加層質(zhì)量取為實(shí)際面層重量，附加層厚度建議取29～31mm，此時(shí)有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值能夠較好的吻合。
　　4.進(jìn)行了大跨結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。對(duì)

6、蘇州工業(yè)園區(qū)體育場(chǎng)看臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性測(cè)試、人群荷載下的振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試;將測(cè)試結(jié)果與考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用及不考慮該影響兩種情況下結(jié)構(gòu)人致振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，考慮人群與結(jié)構(gòu)的振動(dòng)耦合的相互作用所得的響應(yīng)計(jì)算結(jié)果小于不考慮該影響計(jì)算結(jié)果。
　　5.對(duì)大跨樓蓋進(jìn)行了人群荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)控制分析。對(duì)蘇州工業(yè)園區(qū)體育場(chǎng)建立有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三種不同人群荷載及考慮人與結(jié)構(gòu)相互作用的人致激勵(lì)作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制分析，通過(guò)