本文選題：大跨 + 動力特性　； 參考：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著建筑結(jié)構(gòu)的持續(xù)發(fā)展和高強輕質(zhì)材料的廣泛使用,結(jié)構(gòu)逐步向大跨、輕質(zhì)、柔性、低阻尼的趨勢發(fā)展,人致振動問題日益突顯,引起廣泛關(guān)注,而大跨結(jié)構(gòu)在人群荷載激勵下的振動響應(yīng)和控制研究還沒有十分完善,國內(nèi)對人-結(jié)構(gòu)相互作用也鮮有涉及。結(jié)構(gòu)上留駐或運動人群在增大結(jié)構(gòu)質(zhì)量、施加動力荷載的同時還作為具有剛度與阻尼特性的系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)存在耦合動力作用,因此研究人-結(jié)構(gòu)相互作用對深入了解結(jié)構(gòu)在人群作用下動力特性及動力響應(yīng)變化規(guī)律具有深遠(yuǎn)的意義。本文基于國內(nèi)外人-結(jié)構(gòu)耦合作用的研究成果,從人體單自由度振動系統(tǒng)模型的建立及參數(shù)識別、人-結(jié)構(gòu)耦合作用對結(jié)構(gòu)動力特性影響、人-結(jié)構(gòu)耦合作用對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)和TMD(調(diào)頻質(zhì)量阻尼器)振動控制影響以及南京祿口機場無行李長廊、北京奧運觀景塔塔頂大跨度平臺兩個實際工程案例分析等四個方面研究人-結(jié)構(gòu)耦合作用。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：1.設(shè)計并安裝完成一個考慮人-結(jié)構(gòu)耦合作用的低頻試驗樓板。該試驗平臺采用鋼-混凝土組合樓板形式,尺寸為5米×8米。經(jīng)理論設(shè)計計算及Sap2000有限元模型校核,試驗構(gòu)件滿足承載力及正常使用要求；采取一系列方法加大面層質(zhì)量,減小面層剛度作用,安裝質(zhì)量塊及TMD使試驗板具有較低頻率；對試驗板進(jìn)行了Ansys有限元模擬分析并進(jìn)行了現(xiàn)場模態(tài)測試分析,結(jié)果表明二者吻合較好,實測第一階模態(tài)頻率為4.638 Hz,阻尼比0.69%；2.進(jìn)行了40人站姿與坐姿人體振動模型參數(shù)識別試驗。通過單自由度簡化動力模型模擬留駐人體,基于人體-結(jié)構(gòu)兩自由度耦合系統(tǒng)理論模型得到自由振動動力方程,通過模態(tài)測試得到單人留駐前后構(gòu)件自振頻率及阻尼比,代入方程得到人體振動基頻及阻尼比,最終得到人體站姿下單自由度模型頻率平均值為5.13Hz,阻尼比36.81%；坐姿下頻率4.91Hz,阻尼比44.06%。最后進(jìn)行了部分變量下的誤差分析,結(jié)果表明本文得到的參數(shù)較為準(zhǔn)確。3.進(jìn)行了人-結(jié)構(gòu)耦合作用對結(jié)構(gòu)動力特性影響分析。分別建立人-結(jié)構(gòu)兩自由度耦合系統(tǒng)、人-梁多模態(tài)耦合系統(tǒng)、人-板無限自由度系統(tǒng)理論模型及人-結(jié)構(gòu)有限元模型,利用本文得出的人體振動模型參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)分析,總結(jié)并分析了人-結(jié)構(gòu)質(zhì)量比、結(jié)構(gòu)自身頻率、人留駐位置等對結(jié)構(gòu)動力特性的影響規(guī)律,創(chuàng)造性地提出了模態(tài)質(zhì)量參與率的概念,以此更直觀表明了耦合系統(tǒng)各階模態(tài)的振動特性及結(jié)構(gòu)和人振動參與情況。最后進(jìn)行了低頻及高頻試驗構(gòu)件多人留駐下模態(tài)測試,發(fā)現(xiàn)隨著留駐人數(shù)增加,低頻構(gòu)件頻率降低很快,高頻構(gòu)件頻率有所上升,阻尼均增大,驗證了理論計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.進(jìn)行了人-結(jié)構(gòu)耦合作用對結(jié)構(gòu)人群荷載作用下振動響應(yīng)及MTMD控制影響分析。建立了人-結(jié)構(gòu)-TMD及人-梁-TMD耦合系統(tǒng),進(jìn)行了人行荷載作用下理論計算,得到了考慮人-結(jié)構(gòu)-TMD耦合作用時人群荷載共振頻率及TMD優(yōu)化參數(shù)的擬合公式,發(fā)現(xiàn)大部分情況下留駐人體可以減小結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)、增強TMD的設(shè)計控制效果及魯棒性�；谠囼灅前暹M(jìn)行了人留駐對結(jié)構(gòu)振動能量及振動響應(yīng)影響的對比試驗,以此證實了留駐人體的耗能作用；對比人在剛性地面上及試驗樓板上步行力的區(qū)別,發(fā)現(xiàn)人體在柔性結(jié)構(gòu)上步行力將增大；對各試驗工況進(jìn)行了有限元計算,與實測結(jié)果吻合較好。5.對南京祿口機場無行李長廊、北京奧運觀景塔塔頂大跨度平臺進(jìn)行了動力特性測試、減振裝置安裝前后人群步行荷載激勵下的振動響應(yīng)計算及測試；將測試結(jié)果與考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用及不考慮該影響情況下的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的計算結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果說明,適當(dāng)考慮人群與結(jié)構(gòu)的耦合作用的計算結(jié)果與測試結(jié)果更接近。
[Abstract]:With the continuous development of the building structure and the widespread use of the high - strength lightweight materials , the structure of the structure is gradually increased to large - span , light - weight , flexible and low - damping trend .
adopting a series of methods to increase the quality of the surface layer , reducing the rigidity of the surface layer , mounting the mass block and TMD so that the test plate has a lower frequency ;
The results show that the first order modal frequency is 4.638 Hz and the damping ratio is 0.69 % .
2 . The vibration model parameters recognition test of 40 person standing posture and sitting posture is carried out . Based on the single degree of freedom simplified dynamic model simulation , the free vibration power equation is obtained through the theory model of the human body - structure two - degree - of - freedom coupling system , and the self - vibration frequency and damping ratio of the front and rear components are obtained through the modal test , the vibration frequency and damping ratio of the human body are obtained through the mode test , the frequency average value of the single - freedom degree model of the human body is obtained as 5.13Hz , and the damping ratio 36.81 % ;
In this paper , the influence of human - structure coupling on the dynamic characteristics of the structure is analyzed by means of the theory model of the human - structure - structure - TMD and the human - beam - TMD coupling system .
Compared with the walking force on rigid ground and on the test floor , the walking force of the human body on the flexible structure will be increased .
Finite element calculation is carried out for each test working condition , which is in good agreement with the measured results . 5 . Dynamic characteristics test is carried out on the large - span platform of Nanjing Lukou Airport without baggage corridor . The vibration response calculation and test under the excitation of the pedestrian load of the crowd before and after the installation of the vibration damping device are carried out ;
The results of the test are compared with the results of the structural vibration response considering the interaction of the human - structure interaction and the structure vibration response without considering the influence , and the results show that the calculation results of the coupling effect of the population and the structure are considered to be closer to the test results .
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU311.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2048192