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文檔簡介
1、隨著建筑結(jié)構(gòu)的持續(xù)發(fā)展和高強(qiáng)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(dòng)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(lì)下的振動(dòng)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(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)存在耦合動(dòng)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(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)變化規(guī)律具有深遠(yuǎn)的意義。
本
2、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(dòng)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(dòng)力特性影響、人-結(jié)構(gòu)耦合作用對結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和TMD(調(diào)頻質(zhì)量阻尼器)振動(dòng)控制影響以及南京祿口機(jī)場無行李長廊、北京奧運(yùn)觀景塔塔頂大跨度平臺兩個(gè)實(shí)際工程案例分析等四個(gè)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(jì)并安裝完成一個(gè)考慮人-結(jié)構(gòu)耦合作用的低頻試驗(yàn)樓板。該試驗(yàn)平臺采用鋼-混凝土組合樓板形式,尺寸為5
3、米×8米。經(jīng)理論設(shè)計(jì)計(jì)算及Sap2000有限元模型校核,試驗(yàn)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(yàn)板具有較低頻率;對試驗(yàn)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(shí)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(dòng)模型參數(shù)識別試驗(yàn)。通過單自由度簡化動(dòng)力模型模擬留駐人體,基于人體-結(jié)構(gòu)兩自由
4、度耦合系統(tǒng)理論模型得到自由振動(dòng)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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
5、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(dòng)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(dòng)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(dòng)特性及結(jié)構(gòu)和人振動(dòng)參與情況。最后進(jìn)行了低頻及高頻試驗(yàn)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(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
4.進(jìn)行了
6、人-結(jié)構(gòu)耦合作用對結(jié)構(gòu)人群荷載作用下振動(dòng)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(jì)算,得到了考慮人-結(jié)構(gòu)-TMD耦合作用時(shí)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(dòng)響應(yīng)、增強(qiáng)TMD的設(shè)計(jì)控制效果及魯棒性?;谠囼?yàn)樓板進(jìn)行了人留駐對結(jié)構(gòu)振動(dòng)能量及振動(dòng)響應(yīng)影響的對比試驗(yàn),以此證實(shí)了留駐人體的耗能作用;對比人在剛性地面上及試驗(yàn)樓板上步行力的區(qū)
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