激励-传播-感知全路径装配式楼盖人致振动舒适度评估

激励-传播-感知全路径装配式楼盖人致振动舒适度评估
近年来,随着材料的发展,轻质、高强材料被广泛应用,许多轻质结构如冷弯薄壁(CFS)组合楼盖、人行天桥等越来越多。

随着装配式结构被广泛推广,装配式楼盖的取材越来越依赖于轻质、高强材料,而对于轻质楼盖其质量为150kg/m~2,甚至更少,其质量仅为混凝土楼盖的1/2到1/3。

进而使得轻质楼盖的频率与行人的步频接近,容易导致人致振动舒适度问题。

装配式楼盖相对现浇楼盖来说,其边界条件弱化,频率降低,使得楼盖对人行荷载更加敏感,振动舒适度将是影响装配式楼盖使用的重要因素。

当前大多数设计规范中,估算人致激励引起楼盖竖向振动幅值的方法,均把
行人对楼盖的作用单纯看作人行荷载,而考虑人-楼盖相互作用的研究较少,尤其对于频率更低的轻质楼盖,这种相互作用比普通楼盖更明显。

对于舒适度评价的研究主要考虑将激励-传播下结构的峰值加速度作为评价振动舒适度的标准,在
实际工程应用中,该方法较为方便和直接。

但不足的是,以上研究以激励-传播下结构的动力响应代替了激励-传播-感
知全路径下真正的舒适度感知者(人)的动力响应,这样是将作用在结构上的感知者假想为刚体而并非一个动力系统。

由于人是舒适度的唯一感知体,故在评价人的振动舒适度时,仅仅将结构的响应作为评判指标显然不够精确。

为了精确评估装配式轻质楼盖的振动舒适度,本文在已有研究的基础上,考
虑人-结构相互作用,提出了基于激励-传播-感知全路径的人致振动舒适度评估
框架。

建立激励-传播-感知的耦合振动控制方程并用DQ-IQ混合法进行处理,进而用Newmark法即可得到楼盖和感知者的加速度响应,并以概率的方式对结构的振动舒适度进行评估,并通过半刚性约束提高了装配式楼盖振动舒适度。

运用舒适度评价指标对其过量振动采用调谐质量阻尼器进行振动控制。

本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)为了分析不同边界条件下CFS组合楼盖在无激励作用时的竖向振动模态,利用微分求积法(DQ)求解板的自由振动响应。

板的自由振动方程为关于X和Y的四阶偏微分方程,利用微分求积法将振动方程转化为二阶偏微分方程,将其退化可得到板的频率特征方程,得到了板的振型和自振频率并与已有文献结果进行了对比,说明了DQ法的准确性,并绘制了前四阶振型,通过振型图可以为楼盖的振动控制中TMD的安装点提供依据。

(2)利用半刚性边界条件来实现装配式楼盖,通过调节刚度比来提到楼盖的舒适度。

为了评估人行荷载作用下装配式楼盖的振动舒适度,利用微分求积(DQ)-积分求积(IQ)混合法求解人行荷载作用下楼盖的振动响应。

利用DQ-IQ混合法和振型分解法分别计算了不同行走步频下装配式楼盖的响应,并通过概率的方式对楼盖的舒适度进行了评估。

(3)考虑人-结构相互作用,建立了行人-楼盖相互作用的耦合振动控制方程,得到楼盖的加速度响应,评估了装配式轻质楼盖的振动舒适度,评估结果以概率的形式给出,并通过半刚性约束提高了楼盖振动舒适度。

在考虑装配式楼盖振动舒适度要求时,可在设计时对半刚性约束系数的选取提供参考。

(4)为了精确评估轻质楼盖的振动舒适度,在已有研究的基础上,提出了基于激励-传播-感知全路径的人致振动舒适度评估框架。

建立激励-传播-感知的耦合振动控制方程。

以轻质、模态较为密集的CFS组合楼盖为例,行人以正常步频通过楼盖时,分析了楼盖与60位感知者的动力响应,最后以概率的方式对楼盖和感知者的舒适度进行评估。

(5)基于激励-传播-感知全路径更加精确的评估了装配式楼盖的
振动舒适度。

对于装配式组合轻质楼盖,由于边界条件的不同,使得此楼盖的刚度可调,影响其人致振动的响应,进而使得楼盖舒适度发生变化。

在考虑人-结构相互作用,将楼盖跨中的加速度响应与感知者的加速度响应进行对比,以概率的方式分别对楼盖和感知者的舒适性进行评估,并通过调节刚度系数提高了楼盖的舒适度。

(6)根据楼盖舒适度评价标准,我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)对楼板结构舒适度做了明确的规定:楼盖结构应具有合适的舒适度,而且在办公环境下其竖向振动加速度峰值不应超过0.05m/s~2。

进而建立了在考虑行人-结构-感知者-TMD相互耦合的控制方程,采用单个TMD进行减振控制,对比了在采用TMD控制后,楼盖与感知者的减振效果。