人致荷载下大跨度楼盖的加速度反应谱研究

摘要

人致振动是指行人通过楼盖、桥梁等结构时而激发的振动，若是结构的跨度不大，振动的幅值一般很小，因而人致振动成为一个长期被忽视的问题。然而，随着高强轻质材料的广泛使用、施工工艺的发展及人们生活水平要求的不断提高，轻盈的、大跨度的结构应用越来越普遍；此类结构基频低、阻尼小，在人致激励作用下可能会产生影响人正常活动的竖向振动，超过一定的限度值时会影响建筑的使用安全性和适用性，因此人致振动问题在结构设计中日益受到重视。
　　加速度是人致振动控制和舒适度评价的重要指标；加速度反应谱指单自由体系在给定的荷载作用下该体系的自振频率与加速度的峰值反应的关系曲线，如地震设计反应谱。设计阶段主要通过限制结构加速度反应上限值或限制结构频率下限值两种方法来处理人致振动舒适度问题，前一种方法更为合理。因此，在结构布置方案变化频繁的初步设计阶段，准确迅速地计算人致激励下的结构的加速度反应非常的关键，加速度反应谱计算方法是主要途径之一。加速度反应谱分析方法只要对结构进行模态分析，得到结构的广义质量和自振频率就可求得结构峰值加速度反应的近似值，便于实际工程应用。因而人致荷载作用下大跨度结构的加速度反应谱研究具有较高的工程应用价值。
　　本文主要的研究成果如下：
　　1）深入研究了简支梁、楼盖振动的偏微分方程及其解法，总结了传统反应谱研究的基本思路，并指出其存在的不足；详细阐述了ANSYS瞬态动力分析的基本理论并总结出瞬态动力分析的步骤，分析了采用的ANSYS瞬态动力计算方法构造反应谱研究中的优势。
　　2）采用APDL建立大跨度简支梁在标准行人激励下（步频1.6Hz）的有限元的计算模型；其次调节弹性模量E控制模型的基频在[1.5Hz,9Hz]内连续变化并进行瞬时动力反应分析，得到步频为1.6Hz、基频在[1.5Hz,9Hz]内的简支梁跨中位置处的加速度反应曲线；然后调节步频在[1.6Hz,2.4Hz]内变化得到步频[1.6Hz,2.4Hz]、基频[1.5Hz,9Hz]内的简支梁跨中位置处的加速度反应曲线；再然后把所有加速度反应曲线叠加且作其外包络线并采用洛伦兹函数进行多峰拟合，即得简支梁峰值加速度设计反应谱；最后分析了反应谱对阻尼、广义质量、边界条件及行人数量的敏感性，并通过工程实例分析验证了所构建反应谱的正确性。
　　3）采用APDL建立大跨度楼盖在标准行人激励下（步频1.6Hz）的有限元的计算模型；其次调节跨度控制模型的基频在[1.5Hz,9Hz]内连续变化并进行瞬时动力反应分析，得到步频为1.6Hz、基频在[1.5Hz,9Hz]内的楼盖中心位置处的加速度反应曲线；然后调节步频在[1.6Hz,2.4Hz]内变化得到步频[1.6Hz,2.4Hz]、基频[1.5Hz,9Hz]内的楼盖中心位置处的加速度反应曲线；再然后把所有加速度反应曲线叠加且作其外包络线并采用洛伦兹函数进行多峰拟合，即得楼盖峰值加速度设计反应谱；最后分析了反应谱对阻尼、广义质量、边界条件、长宽比及行人数量的敏感性。
　　4）为了验证本文构建的楼盖加速度设计反应谱的正确性，对钢-混凝土组合结构进行模态测试及加速度反应测试，加速度设计反应谱计算结果和构件反应试验结果基本吻合，满足工程设计需要。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究的内容和技术路线

1.4 本文的创新之处

第二章 反应谱构建的基本理论与方法

2.1 传统加速度反应谱构建的基本理论

2.2 基于ANSYS瞬态动力分析的加速度反应谱构建的基本理论

第三章 步行荷载激励下大跨度简支梁加速度反应谱研究

3.1 引言

3.2 简支梁的ANSYS瞬态动力分析

3.3 反应谱的构建及数据分析

3.4 反应谱参数敏感性分析

3.5 工程算例分析

3.6 本章小结

第四章 步行荷载激励下大跨度楼盖加速度反应谱研究

4.1 引言

4.2 楼盖的ANSYS瞬态动力分析

4.3 反应谱的构建与数据分析

4.4 反应谱参数敏感性分析

4.5 本章小结

第五章 钢-混凝土组合结构动力特性及加速度反应测试

5.1 引言

5.2 钢-混凝土组合结构设计及施工

5.3 钢-混凝土组合结构模态测试及ANSYS模态分析

5.4 钢-混结构加速度反应测试

5.5 对比验证

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文的主要结论

6.2 研究展望

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

附录A 简支梁APDL程序

附录B楼盖APDL程序