荷载激励下大悬臂人行桥减振分析研究

摘要

改革开放使得我国经济取得了突飞猛进的发展，基础设施进一步完善，人们对土木结构的精神需求不再仅限于传统混凝土结构。高强材料和外形美丽的结构形态在工程中的应用，现代人行桥的特点是大跨、轻柔、异形、低阻尼。悬挑斜拉人行桥以其优美的线形，强大的视觉冲击等优点，得到了设计者的青睐。然而近年来，一些人行桥发生了由步行载荷激起的大幅度振动，振动加速度超过舒适度范围引起行人行走不舒适甚至引起桥梁疲劳破坏。国内外学者对人致振动做了很多研究，目前减振分析主要集中在简支梁、连续梁和框架等简单结构，对于大悬臂人行桥的减振分析很少。对于振型明显的常规结构，可仅考虑某阶振型参与质量进行减振设计，若结构振动耦合效应明显，则需考虑多模态的影响。否则会导致现有分析与实际结构有很大的差异。因此本文对人致激励下人行斜拉桥的人行激励荷载特性、减振激励以及采用阻尼器减振分析等进行了研究，主要研究内容和成果如下:
　　(1)以国内某拟建大悬臂人行桥为工程背景，介绍了一般动力分析的过程，分析阻尼比对自振特性分析的影响。采用有限元软件ANSYS建立动力分析有限元模型，对钢管截面、拉索截面、结构形式等参数进行动力特性的影响研究，通过在主梁上部和下部辅加平联杆件形成“封闭钢箱梁”可以显著增强结构刚度。但此时振动频率仍然小于3Hz，因此需要寻求其他控制标准。
　　(2)以活载挠度和频率进行设计无法充分利用发挥高强材料特性，分析国外所采用的的加速度控制标准，本文以德国EN03规范对舒适度等级进行评价。
　　(3)对人行桥，提出采用谐响应分析判断桥梁的持续动力学性能。以一集中力模拟移动活载效应，分析速度等参数的影响。采用人群荷载模型进行瞬态动力分析，考虑不同步频下竖向加速度响应值，提出步频为2.5Hz时，振动效应最大。
　　(4)根据不同标准对减振器进行分类，分析了对于主结构无阻尼，子结构有阻尼和无阻尼的结构。减振频带范围略有增加，但增幅不明显，通过增大子结构质量并不能达到有效减振效果。对大悬臂人行桥进行减振分析，综合对比了采用TMD与MTMD减振效果，结果表明MTMD工作频率宽度更大、减振效果更好。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 人行荷载模拟

1．2．2 人-桥相互作用

1．2．3 减振控制研究

1．3 本文主要研究内容

第二章 大悬臂人行桥动力特性与参数分析

2．1 自振特性计算理论

2．1．1 阻尼矩阵的分析

2．2．2 自振频率计算方法

2．2 某大悬臂人行桥有限元模型建立

2．2．1 工程概况

2．2．2 有限元模型的建立

2．3 自振特性计算和参数影响分析

2．3．1 不同参数对结构响应影响分析

2．3．2 优化后的方案模态分析

2．4 本章小结

第三章 振动舒适度评价标准

3．1 挠度控制

3．2 频率控制

3．3 加速度控制

3．3．1 英国规范

3．3．2 瑞典规范Bro 2004

3．3．3 欧盟规范Euro code

3．3．4 国际标准化组织ISO规范

3．3．5 德国ENO3规范

3．4 其他控制标准

3．5 本章小结

第四章 大悬臂人行桥人致振动舒适度评价

4．1 人行桥谐响应分析

4．2 行走集中力激励下人行桥振动计算理论

4．3 大悬臂人行桥振动舒适度评价

4．3．1 步行荷载取值

4．3．2 瞬态时程分析法介绍

4．3．3 荷载施加及计算参数选取

4．4 瞬态时程分析结果

4．4．1 步行频率为2．5Hz

4．4．2 步行频率为2．0Hz

4．4．3 步行频率为1．5Hz

4．4．4 步行频率为1．352Hz

4．5 本章小结

第五章 人行桥减振分析研究

5．1 减振技术研究

5．1．1 减振技术分类及优缺点

5．1．2 被动调频质量阻尼器工作原理及控制参数

5．1．3 分析获得最优减振效果所需条件

5．2 大悬臂人行桥减振控制

5．2．1 多个同一参数阻尼器减振

5．2．2 复阻尼器(MTMD)减振

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果