基于激励—传播—感知全路径轻质楼盖的设计反应谱研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junyi2050
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伴随质量低、强度高建筑材料的出现与快速发展,CFS组合楼盖、大跨空中连廊等轻质大跨结构大量出现,使得楼盖质量只有普通混凝土楼盖的一半或者不到。轻质楼盖的自振频率和阻尼往往较小,所以相比于传统楼盖更容易出现人致振动舒适度问题。为解决大跨楼板的人致结构振动问题,需要对楼盖的加速度幅值进行控制。面对高效计算特定动力荷载下的结构最大响应这一需求,反应谱方法的出现很好解决了这一需求,反应谱不要大量复杂且耗时的时程分析,计算者可以根据结构与指定荷载的相关动力参数与特性即可得到结构响应预测值。大部分的楼盖加速度反应谱研究都没有考虑人-结构的相互作用影响,通过单纯的将人行荷载施加在楼盖上计算楼盖的动力响应,从而影响设计反应谱的精确度。在现有的研究中,对于舒适度评价主要以激励-传播下结构的峰值加速度作为标准,该方法较为方便和直接。但不足的是,以上研究没有直接针对激励-传播-感知全路径下人的响应,而是采用激励-传播下结构的峰值响应限值作为振动舒适度标准。因此,仅仅根据结构的响应判断人在振动下的舒服感知程度不够准确,还应该求解感知者的响应并将其也纳入参考标准之一。为了对轻质大跨楼盖进行振动舒适度评估,本文考虑已有研究现状,首先针对行人荷载作用下轻质大跨楼盖的加速度反应谱进行了设计。接着阐述了考虑人-结构耦合系统对设计反应谱的影响,采用激励-传播-感知全路径的人致振动舒适度评估方法。选取轻质、密集模态的CFS组合楼盖为例,假设行人以正常速度行走于楼盖上,每一个步频都有相对应得楼盖和感知者的响应,其中感知者包括不同姿势、不同性别与年龄段等各种类型。最后,以概率的方式评价地板和感知者的舒适度,并进行全路径设计反应谱研究。通过上述一系列的研究,主要得到以下结论:(1)行走激励下轻质楼盖的设计反应谱研究本章以轻质的冷弯薄壁(CFS)组合楼盖为例,单纯考虑标准行人荷载作用,采用MATLAB进行编程建立相关行人与楼盖的计算模型。并利用微分求积(DQ)-积分求积(IQ)混合法求解楼盖的无量纲微分控制方程。将所得楼盖自振频率与加速度均方根响应等数据进行整理,并绘制成相关反应谱曲线。根据统计规律发现设计反应谱曲线分为上升、平台、下降这三个部分,分别求解每一部分表达式。将同等条件下,反应谱预测得加速度值与时程值和峰值分别通过表格和图片等形式进行了对比,发现设计反应谱可以为楼盖的人致振动舒适度调节提供有效指导。(2)考虑行人-结构相互作用的轻质楼盖设计反应谱研究本章以轻质的冷弯薄壁(CFS)组合楼盖为例,将行人看作移动的质量-刚度-阻尼的生物力学模型,建立并求解了行人-楼盖相互作用的耦合振动控制方程。采用MATLAB对相关行人与楼盖的计算模型进行模拟仿真,将所得楼盖自振频率与加速度均方根响应等数据进行整理,并分别求解反应谱曲线每一部分表达式。并与行走激励下轻质楼盖反应谱进行对比分析,验证了其可行性和优越性。(3)考虑不同人体动力参数对楼盖人致振动舒适度的影响为了准确、全面分析不同人体动力参数对轻质楼盖的振动舒适度评估的影响,本文在已有进展上,考虑人-结构相互作用,选取代表不同人体动力参数得所处不同年龄段、不同性别、不同姿势的各种类型感知者。采用全路径的评估分析方法,建立综合考虑楼盖、行人和感知者得动力平衡方程并用合适的方法进行处理。以轻质的冷弯薄壁(CFS)组合楼盖为例,行人保持正常行走状态通过楼盖,分别计算楼盖与感知者的响应并整理得到各自的1s-RMS曲线,楼盖和感知者的振动舒适度评估结果以各自的概率显示。(4)基于激励-传播-感知全路径轻质楼盖的设计反应谱研究根据上一章全路径理论基础,将计算所得楼盖自振频率与加速度均方根响应等数据进行整理,并分别求解反应谱曲线每一部分表达式。且通过对比楼盖与感知者设计反应谱得预测值,说明进行人的振动舒适度得评估与预测时,以结构反应谱设计值代替感知者显然不够精确,很有必要建立针对感知者自身得设计反应谱。
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