钢结构人行桥人致振动舒适度及其控制研究

摘要

随着社会的进步和交通事业的发展，城市的主干道路加宽，主路路幅宽度一般在40～50m，40～50m跨度的单跨简支钢箱梁天桥，第1阶自振频率往往不能满足我国规范规定的人行天桥上部结构竖向自振频率不应小于3Hz的要求，并且与人的行走频率接近，容易产生共振，影响结构安全和正常使用，此外，振动有可能超过人体舒适度极限，给行人心理上造成恐慌。结构的竖向自振频率反映着结构固有的动力特性，它只取决于自身的质量和刚度，因此，直接增加刚度、减小质量是提高频率的方法。对于简支钢箱梁结构，通过增加钢板厚度所提高的结构刚度与结构质量的相应增加几乎是等比的，效果极不明显。若通过加大梁高、减小钢板厚度来提高刚度，又会带来局部的稳定问题，还需增设加劲肋，这样又增加了质量，无法达到提高频率的目的。而采用TMD来达到减少天桥振动响应将是一个很好的办法，也是切实可行的，而安装TMD后，能大大减小振动响应，满足舒适度的要求，且TMD在新建人行桥或已建人行桥中都能很方便的安装，并且对已建人行桥进行振动控制，TMD将有更大的优势，所以TMD在钢结构人行桥上有极大的应用前景和推广价值。本文结合一49米跨简支钢结构人行桥实例，对TMD参与振动舒适度控制进行了研究，主要工作和研究内容如下： 1．根据人行荷载的特性研究了人行荷载模型，并且分析比较了国外人行桥振动舒适度评价方法和其分别所采用的人行荷载标准及相应的舒适度指标标准。 2．根据已有的移动荷载作用下梁的振动理论，运用MATLAB语言按各规范人行荷载标准和舒适度标准对天桥算例进行了人致振动舒适度评价。 3．推导了在移动简谐荷载作用下TMD和简支桥梁系统耦合、MTMD与简支桥梁系统耦合的运动平衡方程组，以及简谐力固定于跨中时MTMD与简支桥梁系统耦合的运动平衡方程组。 4．对于这种TMD与桥梁耦合的二阶变系数微分方程组的求解问题，本文采用Newmark算法，运用MATLAB计算机语言编写程序，在时域内进行数值求解；对人行桥算例在添加单个TMD和5个TMD情况下进行了人致振动舒适度控制研究。 5．就TMD对简支人行桥人致振动舒适度控制的简化设计方法进行了可供参考性的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1人行桥振动舒适度的研究现状

1.2.2人行荷载的研究现状

1.2.3TMD振动控制的研究现状

1.3本文的研究思路和主要工作

第二章人行桥人致振动舒适度评价方法及标准

2.1人行荷载激励模型

2.1.1人行荷载激励特性

2.1.2现有的人行荷载模型

2.2人行桥人致振动舒适度的评价方法

2.3人行桥人致振动舒适度的评价指标

2.4国外规范中人行桥人致振动舒适度评价标准

2.4.1英国规范BSI5400(1978)

2.4.2瑞典规范Bro2004

2.4.3欧盟规范Euro code

2.4.4国际标准化组织ISO规范

2.5各规范的行人荷载标准和舒适度指标标准比较

2.6本章小结

第三章钢结构人行桥的人致振动舒适度评价

3.1简支梁自由振动理论

3.2移动荷载作用下简支梁振动计算理论

3.3人行桥人致振动工程算例舒适度评价

3.3.1工程算例

3.3.2算例舒适度评价

3.4本章小结

第四章 TMD被动调谐减振原理及参数优化

4.1单个TMD调谐减振原理

4.1.1无阻尼子结构调谐减振原理

4.1.2有阻尼子结构调谐减振原理

4.1.3有阻尼主结构调谐减振原理

4.2单个TMD设计参数

4.3 MTMD调谐减振原理

4.4 MTMD的设计参数

4.5本章小结

第五章钢结构人行桥的人致振动舒适度控制

5.1 TMD和简支桥梁系统运动方程

5.1.1移动简谐荷载下单个TMD和简支桥梁系统运动方程

5.1.2移动简谐荷载下MTMD和简支桥梁系统运动方程

5.1.3简谐荷载固定于跨中时MTMD和简支桥梁系统运动方程

5.2TMD对简支钢结构人行桥人致振动控制研究

5.3TMD对简支人行桥人致振动舒适度控制的简化设计方法

5.3.1简谐荷载下有阻尼的单自由度体系的受迫振动

5.3.2单自由度体系的调谐减振控制

5.3.3TMD对简支人行桥人致振动舒适度控制的简化设计步骤

5.3.4简化设计方法算例分析

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1本文的研究成果

6.2研究展望

参考文献

致 谢

附录A 攻读硕士学位期间公开发表论文