發(fā)布時(shí)間：2020-08-19 17:44

【摘要】：近年來(lái),伴隨著旅游資源開發(fā)項(xiàng)目在各地興起,許多名勝景點(diǎn)修建了越來(lái)越多更大跨度、更為輕質(zhì)、更為纖細(xì)和更為美觀的人行橋,此類人行橋結(jié)構(gòu)具有較低的自振頻率和較小的阻尼,更易受到人致振動(dòng)的影響。而作用在結(jié)構(gòu)上的人作為引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主要因素,其作為一個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng),具有自身的動(dòng)力特性,其與結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的相互作用會(huì)不同程度地改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)被高估,進(jìn)而影響振動(dòng)舒適評(píng)估的準(zhǔn)確性。因此,為了考慮人-人行橋相互作用,選擇合理的人行荷載模型在大跨輕柔人行橋的人致振動(dòng)舒適度評(píng)估過(guò)程中顯得至關(guān)重要。當(dāng)人行橋因行人的作用發(fā)生振動(dòng)時(shí),此時(shí)作用在人行橋上的人才是對(duì)振動(dòng)最主要、最直接和最明顯的感知者,但不同性別、不同年齡、不同姿勢(shì)的人對(duì)結(jié)構(gòu)不同方向振動(dòng)的敏感度差異很大。而在現(xiàn)有的規(guī)范中,大都是以激勵(lì)-傳播下結(jié)構(gòu)的峰值加速度響應(yīng)限值作為間接評(píng)價(jià)人的振動(dòng)舒適度標(biāo)準(zhǔn),而對(duì)人的舒適度感知水平?jīng)]有直接的定義,其存在較大的主觀性,導(dǎo)致人行橋振動(dòng)舒適度評(píng)估值與人的實(shí)際感知水平不一致。此外,多數(shù)研究者僅通過(guò)對(duì)比類共振情況下結(jié)構(gòu)的峰值加速度響應(yīng)這一單一確定值與規(guī)范規(guī)定的加速度上限值來(lái)評(píng)估人行橋的振動(dòng)舒適度。但事實(shí)上,由于行人步頻的隨機(jī)性,以及作為人行橋振動(dòng)感知者分布的隨機(jī)性,舒適度評(píng)估結(jié)果應(yīng)以行人步頻范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)舒適度的概率顯示,而不是以類共振情況下人行橋某特定位置的確定性評(píng)估結(jié)果顯示。對(duì)人行橋發(fā)生的過(guò)量振動(dòng)問(wèn)題,目前大都通過(guò)在結(jié)構(gòu)上安裝某些減振控制裝置,進(jìn)而達(dá)到改善結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、抵御外界荷載的目的,其中調(diào)頻質(zhì)量阻尼器作為一種常用被動(dòng)控制裝置在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,其能對(duì)自振頻率分布較分散的結(jié)構(gòu)在共振頻率附近較窄頻帶內(nèi)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行有效地控制。但是,目前鮮有研究者在人行橋的設(shè)計(jì)階段通過(guò)在不同結(jié)構(gòu)的支座處設(shè)置不同的半剛性控制裝置進(jìn)而調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基頻,使其盡可能遠(yuǎn)離行人的步頻范圍,避免人激共振現(xiàn)象的發(fā)生,達(dá)到控制結(jié)構(gòu)過(guò)量振動(dòng)的目的。因此,本文在研究上述問(wèn)題的過(guò)程中,選取合理的行人荷載模型,考慮人-人行橋相互作用,采用概率的形式,展開了基于“激勵(lì)-傳播-感知”全路徑的振動(dòng)舒適度評(píng)估研究,對(duì)過(guò)量振動(dòng)分別采用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和半剛性裝置進(jìn)行減振控制,并對(duì)兩種方式的減振效果進(jìn)行對(duì)比分析。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)建立行人激勵(lì)下的梁式結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制方程,采用小波微分求積-積分求積(WDQ-IQ)法對(duì)控制方程進(jìn)行離散化,然后通過(guò)對(duì)比分析該方法和振型疊加法計(jì)算所得到的加速度響應(yīng),驗(yàn)證WDQ-IQ法在求解微分控制方程時(shí)的精確性和可靠性。(2)建立鉸接邊界條下行人-人行橋耦合系統(tǒng)的控制方程,利用WDQ-IQ法對(duì)控制方程進(jìn)行離散化,采用Newmark法求解考慮行人-結(jié)構(gòu)相互作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),并與行人激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步說(shuō)明在進(jìn)行人致振動(dòng)舒適度評(píng)估時(shí),考慮行人-結(jié)構(gòu)相互作用的重要性和必要性。此外,探討在行人步頻范圍內(nèi)考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響,并通過(guò)累計(jì)概率的方法對(duì)振動(dòng)舒適度進(jìn)行綜合評(píng)估;(3)將不同工況下計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)峰值加速度響應(yīng)和選取的規(guī)范所規(guī)定的峰值加速度限值進(jìn)行對(duì)比,對(duì)不滿足舒適度限值要求的工況采用TMD進(jìn)行減振控制,并評(píng)判TMD在類共振條件下的減振效果。最后,通過(guò)累計(jì)概率的形式表明TMD對(duì)行人步頻范圍內(nèi)的整體減振效果;(4)采用半剛性裝置對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振控制。建立半剛性邊界條件下行人-人行橋耦合系統(tǒng)控制方程,進(jìn)而求解不同剛度比對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng),并與鉸接、規(guī)范限值及TMD控制下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比,說(shuō)明半剛性邊界條件中的剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響,并對(duì)其減振效果進(jìn)行評(píng)估;(5)首先建立基于激勵(lì)-傳播-感知全路徑的耦合系統(tǒng)的控制方程,利用WDQ-IQ法對(duì)控制方程進(jìn)行處理,采用Newmark法求解結(jié)構(gòu)和感知者(跨中站立人)的動(dòng)力響應(yīng),在將二者進(jìn)行比較的同時(shí)與規(guī)范規(guī)定的振動(dòng)舒適度的加速度限值進(jìn)行對(duì)比,對(duì)不滿舒適度要求的,進(jìn)行TMD控制和半剛性控制,并將不同減振方式下結(jié)構(gòu)和感知者的動(dòng)力響應(yīng)與不采用減振控制措施的進(jìn)行對(duì)比,綜合評(píng)價(jià)減振效果。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U448.11
【圖文】：

第 1 章 緒 論1.1 課題的研究背景及意義1.1.1 課題的研究背景隨著我國(guó)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市交通流量也在不斷增多，在城市交通中普遍采用人行天橋作為一種基礎(chǔ)設(shè)施，來(lái)減緩逐年不斷增長(zhǎng)的城市交通運(yùn)行負(fù)擔(dān)，來(lái)保證人群和車輛雙方的通暢與安全，使得城市交通趨向于立體化和人車分流[1-2]。近年來(lái)，伴隨著旅游資源開發(fā)項(xiàng)目在全國(guó)各地的興起，在許多名勝景點(diǎn)都修建了大量的人行橋。圖 1.1 為位于沂蒙山旅游區(qū)世界第一跨度人行懸索橋；如圖 1.2 為主跨 130m 的張家界大峽谷玻璃人行橋；圖 1.3 為劉家峽太極橋。由此可見，此類柔性大跨人行橋以其強(qiáng)大的跨越能力，獨(dú)特的造型，與景區(qū)環(huán)境的協(xié)調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，目前已得到了廣泛青睞與應(yīng)用。

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