本文關(guān)鍵詞：行人荷載下大跨鋼箱梁人行橋動(dòng)力響應(yīng)分析與TMD減振控制　出處：《廣州大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市人行天橋不斷向大跨、輕柔和美觀的方向發(fā)展,導(dǎo)致人行橋的自振頻率和阻尼亦不斷降低,其一階豎向自振頻率往往處于行人荷載步頻1.6~3.2Hz的范圍內(nèi),產(chǎn)生人-橋共振,輕則給行人帶來不適感和心理上的恐慌,重則可能引起結(jié)構(gòu)損傷、甚至破壞,因此針對(duì)大跨人行橋開展行人荷載作用下振動(dòng)舒適度分析及其減振控制研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以某64m大跨鋼箱梁人行橋?yàn)檠芯繉?duì)象,首先采用Midas civil和SAP2000進(jìn)行有限元建模,通過對(duì)比分析驗(yàn)證有限元模型的合理性;隨后基于已驗(yàn)證的Midas civil數(shù)值模型,對(duì)比研究了不同規(guī)范行人荷載模式下的大跨人行橋的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律,并進(jìn)一步探討了大跨人行橋在不同行人荷載激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng);最后針對(duì)人-橋共振產(chǎn)生超越規(guī)范加速度限值的情況,引入TMD(Tuned Mass Damper)減振控制技術(shù)開展了大跨人行橋的減振控制分析。本文主要研究工作與取得的結(jié)論如下:1.針對(duì)大跨人行橋一階豎向頻率處于行人步頻范圍內(nèi)容易引起人橋共振的現(xiàn)象,以某64m大跨鋼箱梁人行橋?yàn)楸尘?設(shè)計(jì)了4種處于行人步頻范圍內(nèi)的人行天橋(其一階豎向頻率依次為1.796Hz、2.164Hz、2.653Hz、3.016Hz)。采用大型通用有限元Midas civil和SAP2000軟件分別建立4種人行橋的有限元模型,基于模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了所建模型的正確性,研究結(jié)果表明:兩種軟件計(jì)算得到的周期、振型具有很好的吻合度,周期最大誤差為5.05%(模型4、第4階振型),證明所建Midas civil有限元模型是合理可行的。2.在不同規(guī)范行人荷載模式作用下(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO10137、英國(guó)規(guī)范BS 5400、瑞典規(guī)范Bro 2004、德國(guó)規(guī)范EN03和中國(guó)規(guī)范),對(duì)比研究了4種人行橋的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律,研究結(jié)果表明:相對(duì)而言,在ISO10137規(guī)范給出的行人荷載模式作用下得到的加速度和位移響應(yīng)總體上最大,建議對(duì)于一些舒適度要求較嚴(yán)格的工程結(jié)構(gòu)可采用該荷載模式;在中國(guó)規(guī)范、英國(guó)規(guī)范和瑞典規(guī)范給出的行人荷載模式激勵(lì)下,人行橋動(dòng)力響應(yīng)均隨著結(jié)構(gòu)一階豎向頻率的增加而減小;在德國(guó)規(guī)范給出的行人荷載模式激勵(lì)下,人行橋動(dòng)力響應(yīng)隨著結(jié)構(gòu)一階豎向頻率的增大,呈現(xiàn)先減小后增大的現(xiàn)象,且當(dāng)外荷載激勵(lì)頻率在2.3Hz~2.5Hz范圍時(shí),該規(guī)范已不適用。3.在隨機(jī)、節(jié)拍、連續(xù)行走以及跳躍行人荷載作用下,針對(duì)4種大跨人行橋模型開展了不同荷載激勵(lì)頻率下的52個(gè)工況的動(dòng)力響應(yīng)分析,對(duì)比研究了不同參數(shù)條件下的大跨人行橋位移和加速度響應(yīng)規(guī)律,研究結(jié)果表明:當(dāng)行人激勵(lì)頻率與人行橋豎向自振頻率較為接近時(shí),人行橋豎向動(dòng)力響應(yīng)達(dá)到最大值,產(chǎn)生人-橋共振;人行橋豎向振動(dòng)響應(yīng)與行人步頻不成比例關(guān)系,而取決于人行橋豎向自振頻率和行人步頻是否一致;大跨人行橋跨中的動(dòng)力響應(yīng)最大,并隨與支座距離的接近而逐漸降低;行人荷載激勵(lì)下,人行橋峰值加速度響應(yīng)往往超過規(guī)范限值要求,尤其是人-橋共振情形,而位移響應(yīng)均較小,不論是否發(fā)生共振均滿足規(guī)范限值要求。4.引入TMD和MTMD(Multi-Tuned Mass Damper)減振控制技術(shù),在不同行人荷載激勵(lì)下對(duì)4種大跨人行橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了12個(gè)工況下的減振控制分析,研究結(jié)果表明:TMD減振控制技術(shù)能夠有效改善行人荷載激勵(lì)下的人行橋動(dòng)力響應(yīng),大大提高人行橋的舒適度;雖然TMD減振技術(shù)能夠有效控制人行橋的行人荷載激勵(lì)響應(yīng),但MTMD對(duì)人行橋動(dòng)力響應(yīng)的控制效果更為優(yōu)越,不僅在控制效果上具有更好的穩(wěn)定性,而且能夠在更寬的頻域范圍內(nèi)均保持良好的減振效果(即具有更寬的減振控制頻帶),能夠避免當(dāng)行人步頻遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)豎向自振頻率時(shí)TMD減振技術(shù)可能出現(xiàn)的負(fù)減振效果現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U448.11;U441

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1334595