车辆随机荷载作用下大跨度楼盖的动力特性与舒适度研究

摘要

大跨度预应力钢筋混凝土结构具有布局灵活，可获得较大活动空间等优点，被广泛运用于客运站等公共建筑。然而，大跨度楼盖结构柔性大、阻尼小、基频低，在随机车辆荷载和人行荷载下易产生垂直振动，当此振动超过一定限值就会引起人们的不适感，因而对混凝土楼盖进行动力特性和舒适度研究显得十分必要。
　　本文通过数值分析和现场测试，对瑞安客运站预应力钢筋混凝土楼盖进行随机荷载下的动态特性分析，包括频率、峰值加速度等特性。将工程实测和有限元分析进行对比，对客运站的舒适度进行评价。主要工作包括:
　　(1)对国内外各时期的舒适度评价标准进行对比，确定以烦恼率模型作为舒适度评价的新方法，将频率计权均方根加速度作为舒适度的评价指标，求得各工况下的烦恼率值，以此对客运站进行舒适度评价。
　　(2)将随机路面不平整度运用逆变换进行仿真分析并以此为激励，就四分之一车辆模型，运用随机振动理论，提出了车辆动载分析的新方法。结合工程实例和车辆动载峰值的概率分布提出了概率动载系数，研究了动载系数和路面等级、车速之间的关系。
　　(3)运用有限元分析软件ANSYS对大跨度钢筋混凝土楼盖进行时程分析，分析主次梁截面尺寸、次梁间距、约束边界等变量对结构动态特征的影响。
　　(4)对客运站大跨度楼盖进行动力特性实测，通过实测和有限元分析的对比，研究各工况下的峰值加速度，速度等指标，获得加速度反应谱，对客运站的舒适度进行评价。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 大跨度预应力钢筋混凝土楼盖舒适度研究的意义

1．2 车辆随机荷载和车辆模型研究现状

1．2．1 国内外车辆随机荷载研究现状

1．2．2 国内外车辆激励模型的研究现状

1．3 钢筋混凝土结构非线性有限元分析理论研究现状

1．3．1 有限元分析步骤

1．3．2 非线性有限单元模型

1．3．3 本构关系和破坏准则

1．4 国内外舒适度研究现状

1．4．1 国内外舒适度评价方法和标准研究现状

1．4．2 频率计权均方根加速度

1．5 路面动力特性研究和数值模拟现状

1．6 研究背景

1．7 本文研究内容

2 随机荷载下路面不平整度的激励特性仿真分析

2．1 引言

2．2 路面不平整度的定义和重要性

2．3 路面不平整度量测

2．4 基于瑞安客运站的路面不平整度的激励模型仿真分析

2．4．1 数值仿真程序

2．4．2 工程实例参数选取

2．4．3 由路面不平度的功率谱密度得到路面不平度

2．5 路面不平整度和动态荷载影响因素仿真分析

2．5．1 车辆模型参数

2．5．2 Newmark积分法

2．5．3 概率动载系数

2．5．4 路面不平整度对动载的影响

2．5．5 车辆速度对动载的影响

2．5．6 载重量对动载的影响

2．5．7 车辆刚度对动载的影响

2．5．8 车辆阻尼对动载的影响

2．6 影响分析

2．7 本章小结

3 车辆荷载激励下混凝土楼盖振动响应数值模拟和分析

3．1 引言

3．2 瑞安客运站整体模型和简化模型

3．2．1 整体模型

3．2．2 简化模型

3．2．3 等效荷载法

3．3 楼盖结构振动响应

3．3．1 大跨度楼盖振动基频分析

3．3．2 候车厅振动基频分析

3．4 楼盖振动响应影响因素

3．4．1 主梁梁高的影响

3．4．2 主梁间距的影响

3．4．3 次梁截面的影响

3．4．4 楼板厚度的影响

3．4．5 荷载工况的影响

3．4．6 边界条件的影响

3．5 本章小结

4 混凝土楼盖动态响应测试

4．1 引言

4．2 测点概况

4．3 测试仪器和车辆

4．3．1 无线加速度传感器

4．3．2 测试车辆

4．3 测点布置

4．4 试验步骤

4．5 测试结果

4．6 结果分析

4．7 本章小结

5 舒适度评价分析

5．1 舒适度评价方法和标准

5．1．1 频率计权均方根加速度

5．1．2 烦恼率模型

5．2 瑞安客运站舒适度评价

5．2．1 站房楼盖有限元舒适度分析

5．2．2 候车厅楼盖有限元舒适度分析

5．2．3 客运站楼盖实测舒适度分析

5．3 本章小结

6 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要科研成果