车辆荷载激励下钢结构人行天桥的动力响应分析

摘要

随着我国城市交通的不断发展，城市内出现了越来越多的跨越道路的钢结构人行天桥，这些人行天桥往往受到车辆过往道路时的动力作用。国内目前很少有研究人员就车辆过往道路时产生的振动对人行天桥的影响进行研究。这些影响包括对结构性能的影响和对行人舒适度的影响。大跨度钢箱梁天桥，在其桥下车辆荷载激励下容易产生振幅小但持续时间很长的振动，影响结构安全和正常使用。此外，结构振动有可能超出人体舒适度极限，给桥上行人心理上造成恐慌。在钢结构人行天桥上安装调谐质量阻尼器(TMD)能有效减振，满足舒适度的要求。本文结合一46米跨钢结构人行天桥实例，采用有限元方法分析车辆荷载对钢结构人行天桥进行了动力特性分析和动力时程分析，并通过采取TMD的安装措施，改善钢结构人行天桥的结构性能和人体舒适性情况。主要研究内容包括： 1、具体介绍目前国外关于道路交通荷载引起地面振动的主要理论研究成果，分析了交通荷载产生的影响因素、传播规律、强度分布规律以及并简要介绍了车辆振动的分析一般方法等，为接下来的动力分析提供依据。 2、选用有限元软件ANSYS，采用空间梁单元Beam188、弹性壳单元Shell63建立准确的有限元模型，研究了桥梁结构振动中的基本问题：桥梁的动力特性。 3、采用瞬态分析法对钢结构人行天桥进行动力响应分析。分析人行桥在车辆荷载作用下，结构在安装TMD前后的动力响应(位移、速度及加速度)，然后将结果进行对比，以确定TMD的减振效果。 4、最后给出了人行天桥的行人舒适度评价方法，综合比较钢结构人行天桥在安装TMD前后对舒适度的控制结果。

目录

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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车辆荷载的研究现状

1.2.2 TMD振动控制的研究现状

1.2.3舒适度评价的研究现状

1.3本文的研究思路和主要工作

第二章道路交通引起地面振动的传播规律与分析模型

2.1影响车辆荷载的主要因素

2.2地面振动

2.2.1地面振动的传播方式及特点

2.2.2车辆荷载引起地面振动的传播规律

2.3车辆荷载作用下地面振动的分析模型

2.3.1 Hunt随机振动模型

2.3.2 Lombaer等人的数值计算模型

2.3.3 Watts等人的经验模型

2.4本章小结

第三章TMD减振机理及参数优化

3.1引言

3.2 TMD的减振机理

3.3 TMD参数优化

3.3.1 TMD参数的常规优化设计

3.3.2结构在简谐力下的TMD参数优化

3.3.3在随机激励下TMD减振结构的响应

3.3.4其他参数优化准则

3.4本章小结

第四章钢结构人行天桥车辆荷载作用下动力响应分析与振动控制

4.1引言

4.2人行天桥有限元模型

4.2.1单元的选择

4.2.2无阻尼器计算模型

4.2.3有阻尼器计算模型

4.3动力学分析

4.3.1模态分析

4.3.2人行天桥在车辆荷载作用下动力响应分析

4.4动力特性结果分析

4.5本章小结

第五章舒适度评价

5.1天桥竖向振动的舒适度标准

5.1.1 IS0组织给出的统一的舒适度指标

5.1.2英国规范BSI评价人行天桥振动舒适度的方法

5.1.3基于频率和振幅的狄克曼指标(K)的评估

5.1.4其他舒适度评价指标

5.2算例舒适度分析

5.3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 研究生期间公开发表论文