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人行桥竖向动力响应研究及振动控制

作　者: 张志涯
导　师: 华旭刚
学　校: 湖南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 人行桥 步行力荷载 人致振动 舒适性 振动控制
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


由于新型高强材料的应用日益广泛、结构设计施工水平的不断提高以及审美偏向于结构的纤细，人行桥正朝着大跨纤细的方向发展，其固有频率也随之降低。当人行桥的固有频率无法避开行人步频范围时，将有可能发生大幅人致振动响应，从而影响行人的行走舒适性甚至结构的安全。本文研究了城市人行桥的竖向人致振动问题，以绵阳一座发振人行桥为工程背景综合比较了三种竖向人致振动响应分析方法的精度，并设计了一套调谐质量阻尼器（TMD）对该桥进行振动控制。主要内容及结论如下：(1)详细介绍了国内外有关步行力的研究成果及步行力荷载时域模型，然后对四种国外应用较广的人行桥设计规范（指南）中关于步行力荷载模型及动力使用性能标准的内容做了一个详细的介绍并比较了相互之间的差异。(2)基于强迫振动理论推导了单人过桥引起的振动响应分析方法；介绍了三种人群过桥下的竖向振动响应分析方法，即Monte Carlo法、随机振动理论法以及反应谱法。以绵阳一发生明显竖向振动的人行桥为例，分析了单人过桥及人群过桥下的结构竖向动力反应。对单人过桥的分析显示该桥的动力响应主要由一阶模态引起。三种人群过桥竖向响应分析结果表明：在步频均值接近桥梁基频时，三种方法的计算结果接近；而当步频均值远离桥梁基频时，反应谱法计算的结果误差较大。(3)分析了两种不同人群密度及步频均值对人致振动响应的影响。当人群密度为0.2人/m~2时，该人行桥的竖向动力响应能满足规范对舒适性的要求。当人群密度为1.0人/m~2时，步频均值为1.82Hz时，该人行桥的竖向动力响应能满足规范对舒适性的要求；而步频均值为2.0Hz时，该人行桥的竖向动力响应超过了ISO10137以及欧洲规范5所规定的限值。(4)阐述了TMD系统的工作原理及最优参数的计算方法，然后设计了一套TMD系统对本文人行桥进行振动控制。对安装TMD系统前后的人行桥进行了等效模态阻尼比及实际人群下的竖向动力响应分析仿真，验证了减振系统的有效性。进而考虑了结构频率变化、TMD频率变化等因素引起的频率比变化后的TMD减振性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 研究背景  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 步行力荷载研究  12-15
    1.2.2 振动控制措施  15-16
  1.3 本文主要内容  16-17
第2章 步行力荷载研究成果及国外规范介绍  17-38
  2.1 概述  17
  2.2 步行力荷载研究现有成果  17-23
    2.2.1 步行力的测量  18-21
    2.2.2 步频的测量  21-22
    2.2.3 步幅的测量  22-23
  2.3 步行力荷载模型  23-27
    2.3.1 时域模型  23-26
    2.3.2 人群对步行力的影响  26-27
  2.4 国外设计规范  27-37
    2.4.1 ISO 10137  27-29
    2.4.2 法国指南  29-31
    2.4.3 欧洲规范 5（Eurocode 5）  31-33
    2.4.4 欧洲规范的英国国家附录  33-35
    2.4.5 设计规范综合对比  35-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章 人致振动响应分析方法  38-62
  3.1 概述  38
  3.2 单人过桥分析方法  38-43
    3.2.1 多阶谐波的稳态响应  42-43
  3.3 多人过桥分析方法  43-47
    3.3.1 Monte Carlo 数值模拟  43-44
    3.3.2 随机振动理论法  44-46
    3.3.3 反应谱法  46-47
  3.4 某人行桥人致振动竖向响应分析  47-61
    3.4.1 工程概况  47-53
    3.4.2 单人动力响应  53-55
    3.4.3 多人动力响应  55-60
    3.4.4 较大人群密度动力响应  60-61
  3.5 本章小结  61-62
第4章 基于调谐质量阻尼器的人行桥振动控制  62-72
  4.1 概述  62
  4.2 调谐质量阻尼器  62-65
    4.2.1 TMD 减振原理  62-63
    4.2.2 TMD 最优参数  63-65
    4.2.3 TMD 设计  65
  4.3 TMD 减振设计  65-71
    4.3.1 TMD 优化参数计算  66
    4.3.2 减振效果分析  66-70
    4.3.3 结构频率变化对减振效果的影响  70-71
  4.4 本章小结  71-72
总结与展望  72-74
参考文献  74-79
致谢  79

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学 > 桥梁振动及减振设备
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