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人致激励下大跨人行桥及楼盖随机振动及优化控制

作　者: 李泉
导　师: 樊健生
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 人行桥楼盖人激振动振动控制随机振动
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 225次
引　用: 5次
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内容摘要

随着建筑功能的提高和高强材料的应用,大跨结构的应用越来越普遍,使得人激振动舒适度问题更为突出。目前,人群激励下此类结构的振动和控制研究还不尽完善,缺乏系统的振动舒适度设计方法。本文从随机振动角度研究了人激作用下大跨人行桥及楼盖的振动及其控制问题,主要工作和成果如下:1.人行桥振动研究。基于交通流理论、Ellingwood和Tallin的多点加载模式、陈宇的单步落足荷载模型和林家浩的虚拟激励法,建立了评估人行桥人群行走下最不利振动的随机振动模型。利用该模型得到了人行桥上各点的加速度功率谱密度,可适用于不同跨径布置和各种边界条件下人行桥的动力响应计算。2.人行桥减振研究。基于人群激励下人行桥的随机振动模型,提出了用于人行桥振动控制的多重调谐质量阻尼器(MTMD)参数设计随机优化方法。通过与其他学者提出的设计方法的比较,验证了该方法对人群随机激励下人行桥振动控制的有效性。分析表明根据该方法设计的MTMD系统在人行桥共振时具有比单个调谐质量阻尼器(TMD)更为优异的减振效率和可靠性,并且适当提高MTMD设计频率间距有利于削弱结构自振频率变异性所产生的去谐效应。3.大跨楼盖振动响应研究。针对行人正常行走状态下的楼盖振动问题,发展了结合通用有限元程序的动力验算方法。提出的人群节律性运动下的楼盖随机振动模型,可适用于评估人群节律性激励不同区域分布下各阶模态响应的贡献,并能方便计算出人节律性运动频率范围内(1.5~3.5Hz)以及不同荷载分布区域下的楼盖最大均方根响应包络线。4.大跨楼盖减振研究。基于人正常行走荷载特征以及节律性运动下的楼盖随机振动模型和遗传算法,发展了楼盖减振MTMD系统参数设计随机优化方法。该方法考虑了人群加载区域和激励频率的变异性,可克服传统TMD设计方法对模态频率密集分布结构多模态共振控制失效的缺点,具有较普遍的适用性。5.大跨、低频结构振动舒适度设计方法和建议。将以上研究成果推广至大跨、低频人行桥和楼盖的振动舒适度验算及振动控制,提出了一套适用于不同荷载激励类型和结构类型的振动舒适度动力验算程序和振动控制方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-24
  1.1 大跨结构人激振动研究背景及意义  9-11
  1.2 大跨结构人激振动研究现状  11-18
    1.2.1 人行荷载模拟  11-15
    1.2.2 大跨结构模态质量、刚度和阻尼  15-16
    1.2.3 人群-结构相互作用  16-17
    1.2.4 结构人激振动分析方法  17-18
  1.3 人激振动控制研究现状  18-21
    1.3.1 人行桥减振研究  19-20
    1.3.2 楼盖减振研究  20-21
  1.4 本文主要研究工作  21-24
    1.4.1 研究对象  21-22
    1.4.2 主要研究工作  22-24
第2章人群行走激励下大跨人行桥的随机振动  24-42
  2.1 多人行走下人行桥振动模态分解法  24-26
  2.2 多人行走下人行桥振动精细时域计算方法  26-32
    2.2.1 与均方根加速度反应谱法比较  28-29
    2.2.2 人群激励下人行桥的最不利响应  29-32
  2.3 多人行走下人行桥随机振动模型  32-36
  2.4 多人行走下人行桥振动分析方法比较  36-39
  2.5 人群单、双向行走激励下人行桥最大加速度评估  39-41
  2.6 本章小结  41-42
第3章人群行走激励下的人行桥振动控制  42-55
  3.1 人群-人行桥-MTMD 系统动力方程  42-45
  3.2 人群-人行桥相互作用及其对人行桥动力特性的影响  45-46
  3.3 人行桥MTMD 减振系统优化设计  46-49
  3.4 人群激励下MTMD 系统减振效率及可靠度分析  49-54
  3.5 本章小结  54-55
第4章人行激励下大跨楼盖振动及其控制  55-84
  4.1 人行走激励下的楼盖振动  57-58
  4.2 人行走激励下楼盖单模态振动控制  58-70
    4.2.1 控制楼盖单模态振动的MTMD 参数优化设计  58-61
    4.2.2 控制楼盖单模态振动的MTMD 的减振效果  61-66
    4.2.3 控制楼盖单模态振动的MTMD 的去谐效应  66-70
  4.3 人行走激励下楼盖多模态振动控制  70-73
  4.4 大跨楼盖MTMD 优化设计实例分析  73-80
    4.4.1 大跨组合楼盖布置  74-75
    4.4.2 大跨组合楼盖有限元模型  75-76
    4.4.3 大跨组合楼盖模态分析  76
    4.4.4 楼盖控制多模态振动的MTMD 的优化设计  76-78
    4.4.5 楼盖控制多模态振动的MTMD 的减振效果  78-80
  4.5 MTMD 多模态优化与单模态优化比较  80-82
  4.6 本章小结  82-84
第5章人群节律性运动下楼盖随机振动及其控制  84-102
  5.1 人群节律性运动下大跨楼盖振动  85-96
    5.1.1 多人节律性运动下楼盖随机振动模型  85-88
    5.1.2 多人节律性运动下楼盖振动时域方法与随机振动模型的比较  88-92
    5.1.3 节律性运动下楼盖模态共振分析  92-94
    5.1.4 节律性运动下楼盖动力响应参数分析  94-96
  5.2 节律性运动下楼盖振动控制  96-101
    5.2.1 人群-楼盖-MTMD 系统计算模型  96
    5.2.2 节律性运动下楼盖动力响应随机优化控制方法  96-98
    5.2.3 节律性运动下楼盖动力响应随机优化控制效果  98-101
  5.3 本章小结  101-102
第6章大跨人行桥及楼盖人激振动舒适度设计  102-118
  6.1 人行桥人激振动特征  102-105
    6.1.1 人行桥多人激励频谱特征  102-104
    6.1.2 人行桥振动舒适度设计关键参数及其调整对动力特性的改善  104-105
  6.2 人行桥人激振动舒适度设计  105-111
    6.2.1 人行桥频率及动力验算判断准则  107
    6.2.2 人行桥动力验算加载工况及阻尼比确定  107-110
    6.2.3 人行桥人激振动舒适度验算  110
    6.2.4 人行桥减振装置设计方法  110-111
  6.3 人行走激励下楼盖振动舒适度验算  111-113
  6.4 人群节律性激励下楼盖振动舒适度验算  113-114
  6.5 楼盖人激振动控制方法  114-115
  6.6 设计算例  115-117
    6.6.1 人行桥动力验算及振动控制  115-116
    6.6.2 节律性运动下楼盖动力验算  116-117
  6.7 本章小结  117-118
第7章结论与展望  118-121
  7.1 主要工作和结论  118-119
  7.2 进一步研究建议  119-121
参考文献  121-128
致谢  128-129
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  129-130

人致激励下大跨人行桥及楼盖随机振动及优化控制

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