人群荷載模擬、實(shí)測(cè)及大跨樓蓋振動(dòng)控制分析.pdf

1、我國(guó)近幾年建成了一系列采用大跨度的鋼結(jié)構(gòu)作為樓蓋的“站橋合一”結(jié)構(gòu)形式的火車站。由于站房人群密集、人流復(fù)雜的特點(diǎn)，而且每人步行相位差、步頻、步幅、身體質(zhì)量、起步時(shí)間均不相同，所以人群中每個(gè)人的行走很難實(shí)現(xiàn)完全的協(xié)調(diào)，人群荷載的模擬十分復(fù)雜。當(dāng)人行荷載頻率與樓蓋結(jié)構(gòu)體系基頻接近時(shí)，結(jié)構(gòu)在人的行走下有可能產(chǎn)生較大振動(dòng)進(jìn)而影響工作環(huán)境，引起人們身體和心理上的困擾和不安。本文主要研究基于單人步行荷載理論，研究了隨機(jī)人群步行荷載的模擬方法，并以西

2、安北站為工程背景進(jìn)行了人群荷載作用下的振動(dòng)分析、實(shí)測(cè)；同時(shí)采用調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TMD)系統(tǒng)對(duì)大跨樓蓋結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)進(jìn)行控制分析，主要研究工作和成果如下：
　　一、介紹了單人步行荷載模擬公式及隨機(jī)人群荷載模擬方法。不同的行人密度，行人在前進(jìn)過(guò)程中擁擠程度不同，步行同步現(xiàn)象隨著人群密度的增加而增加。考慮到人群中行人前進(jìn)過(guò)程中，行人步頻分布具有正態(tài)分布的特性，且每個(gè)行人的起步行為符合隨機(jī)分布。參照已有的單人步行荷載模擬公式，利用數(shù)值模擬的

3、方法建立了考慮人群行人步頻正態(tài)分布及相位隨機(jī)分布的隨機(jī)人群荷載模擬方法?？梢阅M得到不同人群人數(shù)條件下人群步行時(shí)程力。隨著人群人數(shù)的增加，行人間步行不一致導(dǎo)致不同人的步行力相互抵消，步行激勵(lì)時(shí)程力與人體重的比值逐漸減小。
　　二、利用有限元軟件分析了大跨鋼結(jié)構(gòu)樓蓋在確定性人群荷載以及隨機(jī)性人群荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)情況。計(jì)算中結(jié)合候車大廳投入運(yùn)營(yíng)后的實(shí)際使用情況，考慮不同的交通級(jí)別、不同的行人密度、不同的人群行走頻率制定了人群荷載作

4、用下大跨樓蓋振動(dòng)響應(yīng)分析工況。計(jì)算表明樓蓋在大量人群荷載作用下會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象而使人體產(chǎn)生不舒適，并通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了隨機(jī)性人群荷載模擬方法的正確性，為后期人群荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析與計(jì)算提供了基礎(chǔ)。采用隨機(jī)性荷載模型分析得到結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)在一個(gè)具體值附近振蕩；且采用隨機(jī)性荷載模型分析得到結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)峰值平均值與采用確定性荷載模型計(jì)算結(jié)果的平均值相接近，計(jì)算結(jié)果具有一定的參考價(jià)值。
　　三、針對(duì)實(shí)際大跨鋼結(jié)構(gòu)樓蓋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

5、、行車激勵(lì)振動(dòng)以及人群荷載激勵(lì)下結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)情況測(cè)試。在行車激勵(lì)測(cè)試工況下，由于本次測(cè)試時(shí)列車啟動(dòng)及到站階段速度較小，樓蓋豎向振動(dòng)響應(yīng)不會(huì)引起人體舒適度的問(wèn)題；但在實(shí)際高鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中高速列車通過(guò)而不?？繒r(shí)，樓蓋豎向加速度會(huì)增大較多。在人群荷載響應(yīng)測(cè)試工況下，隨著人群步行頻率逐步接近結(jié)構(gòu)豎向自振頻率，樓蓋加速度響應(yīng)明顯開(kāi)始進(jìn)入共振狀態(tài)。并且在結(jié)構(gòu)的共振狀態(tài)下，加速度響應(yīng)峰值超過(guò)0.5m/s2，超過(guò)人體舒適度標(biāo)準(zhǔn)，故有必要采取措施進(jìn)行振動(dòng)控