基于人-結(jié)構(gòu)相互作用大跨樓蓋振動響應(yīng)及控制研究.pdf

1、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

3、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;對試驗板進行了Ansys有限元模擬分析并進行了現(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

4、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)較為準確。
　　3.進行了人-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

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模型參數(shù)進行了參數(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)果的準確性。
　　4.進行了

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)