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由于新型材料、新型结构形式和新型施工工艺在结构工程中的不断应用,近年来,出现了许多大跨度楼面结构。这些结构形式的共同特点是跨度大、质量轻、刚度小,从而导致结构的阻尼比较小、固有频率较低,在人致荷载作用下可能引起较大的振动响应,影响结构的使用性能,甚至引起安全问题。目前,国内外学者对于人致振动及其控制策略已经做了一些研究,对于大跨度楼面结构的设计有很大的指导作用。但是研究的深度和广度还有待加强,如对人致荷载作用下结构振动响应影响因素的了解还不够深入,人致荷载的数值模拟方法还不够准确,人致振动控制策略还不够成熟等。因此,进一步研究大跨度楼面结构人致振动及其控制策略是非常必要的。针对以上三点不足,本文进行了以下几个方面的研究:
从板的强迫振动理论出发,通过对板在动力荷载作用下的响应计算方法的分析研究,找出了影响板振动响应的主要因素,为后续进行人致振动响应参数分析提供理论基础。
构建了一个典型的大跨度楼面结构计算模型,进行了模态分析,研究了不同荷载布置方式下,单人荷载和人群荷载作用下的结构响应。通过参数分析,进一步研究了结构阻尼比、楼板边界条件和楼板长宽比等因素对结构响应的影响。在研究成果的基础上,提出了大跨度楼面结构的设计建议。
针对目前人致荷载数值模拟方法的不足,基于拉丁超立方抽样方法,考虑人致荷载的多个影响因素,提出了一种新的考虑行人差异的多人连续步行荷载时程的合成方法。依据此方法合成得到了多组人群荷载作用下的步行力时程。运用每组荷载时程对建立的有限元模型进行动力时程分析。研究结果证明,按本文模拟方法合成的考虑行人差异的多人步行时程曲线精度较高,能够较真实的反映行人的步行过程,在此步行时程作用下能够得到较为稳定的结构振动响应峰值计算结果。在此基础上,将计算结果与AISC规范简化计算方法进行了对比。研究发现AISC规范简化计算方法只适用于结构上作用人数较少的情况,而对于作用人数较多的情况,采用本文提出的计算方法结果较为准确。
根据大跨度楼面结构的特点,从改变结构刚度和改变结构阻尼两个方面研究了两种大跨度楼面结构的人致振动控制方法。两种方法都能很好的达到减振的效果,但是两种方法对于结构振动响应的减小都是有限度的,在某些情况下两种方法可以配合使用。