大跨度楼盖人致振动分析与MTMD控制研究

摘要

由于建筑大空间功能的需要，大跨度楼盖结构在会议中心、体育馆、高铁车站和博物馆等公共建筑中得到了广泛应用。由于新型高强轻质材料的使用，大跨度楼盖结构具有轻质、低频和低阻尼等特点，此时结构基频不可避免的会落入人行走步频范围之内，在人行荷载作用下会产生过量的振动，影响结构的正常使用，即振动舒适度问题，严重甚至引发安全事故。 对于大跨度楼盖结构，首先需要获得结构的最不利荷载响应进行舒适度评价，判断该结构是否存在舒适度问题；当存在舒适度问题时需要采取控制措施进行减振。当楼盖产生振动舒适问题时，改变结构的形式较为困难也不经济，此时通过安装控制装置是一种比较容易实现且经济的方法。MTMD与单个TMD相比，具有控制强度高、频带宽等优点，是楼盖振动控制领域的首选控制方案。本课题开展大跨度楼盖结构人致振动分析与MTMD控制研究，旨在解决振动舒适度问题，具有重要的实际工程应用价值。 本文考虑人-结构相互作用和人群行走特性，分析了不同人流密度下的人群响应特性与人-结构竖向相互作用；对不同的MTMD控制方案进行对比，提出了用于改善MTMD频率变动去谐效应的参数再调整的设计方法。 本文的研究工作如下： （1）步行荷载的研究。在现有步行荷载模型基础上，建立了考虑人-结构相互作用和步频亚谐分量的ASMD模型Ⅱ，在两自振频率不同的人行桥结构上开展单人实验分别从倍频共振和亚谐共振对其进行了验证。 （2）人群-结构耦合响应特性研究。采用ASMD模型Ⅱ，建立人群-结构耦合运动方程，采用蒙特卡罗法模拟人群荷载的随机性，同时考虑人群行走特性，分析人群响应与人流密度的关系，给出了最不利荷载的建议值；针对采用移动ASMD模型计算人群响应的耗时和复杂性，给出了一种简化计算方法；分析了不同人群密度下运动人群-结构相互作用对结构模态特性的影响。 （3）大跨楼盖MTMD减振研究。分析了不同MTMD控制方案控制性能（控制强度、带宽和去谐效应），选取了比较合理的4-TMD控制方案；针对显著的频率去谐效应，提出了频率参数再调整的设计方法，并通过数值算例对其控制强度和可靠性进行了验证。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 大跨度楼盖人致振动研究现状

1.3 大跨度楼盖振动控制研究现状

1.4 存在的问题

1.5 本文的工作

第 2 章 单人步行荷载模型研究

2.1 步行荷载模型

2.2 荷载模型对比分析

2.3 荷载模型实验验证

2.4 小结

第 3 章 大跨度楼盖人群耦合响应特性分析

3.1 人群-结构耦合动力响应计算方法

3.2 数值求解

3.3 人群响应特性分析

3.4 人群-结构竖向相互作用分析

3.5 小结

第 4 章 大跨楼盖结构的MTMD减振优化设计研究

4.1 MTMD-结构参数优化设计

4.2 MTMD 减振效果分析

4.3 4-TMD频率参数再调整

4.4 4-TMD减振效率及可靠性分析验证

4.5 结论

第 5 章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目

研究成果