长沙南站二期大跨楼盖人致振动控制研究.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月上建 筑 结 构 长沙南站二期大跨楼盖人致振动控制研究周朝阳, 刘会强, 朱志辉, 周德良, 孙 智, 刘 君(中南大学土木工程学院,长沙 ;中国汽车工业工程有限公司,天津 ;中南建筑设计院股份有限公司,武汉 ;中国建筑第五工程局有限公司,长沙 ) 摘要 支座约束对大跨楼盖振动的影响不可忽略, 研究支座对大跨楼盖振动的影响对楼盖采取合理有效的减振措施十分重要。通过采用 软件对高铁枢纽长沙南站站房建立整体有限元模型, 采用 向量法对结构进行模态分析, 系统地研究了大跨楼盖的竖向振动响应。通过时程分析法和多点输入对两跨支座约束不同的大跨楼盖进行了振动舒适度分析。根据不同大跨楼
2、盖的振动特性, 分别提出了调谐质量阻尼器() 的减振设计方法。分析及现场实测结果表明, 跨度及结构形式相同而支座约束不同的大跨楼盖的振动响应有差距, 分别采取减振措施后, 减振效果非常明显。 关键词 长沙南站;支座约束;大跨楼盖;调谐质量阻尼器;振动控制;现场实测中图分类号: 文献标识码:文章编号: ( ) , , , , , ( , , , ; , , ; , , , ; , , , ) : , () , , : ; ; ; ; ; 长江学者和创新团队发展计划( ) , 国家自然科学基金资 助项目( , ) 。 作者简介: 周朝阳, 博 士, 教授, 博士生导师, : 。 引言由于高铁枢纽建
3、设周期长、 投资大, 许多站房会选择分期建设。考虑到新旧站房建设时间的差异,新建站房的沉降还不稳定, 因此对接处的大跨楼盖结构要采用特殊设计( 简支在伸出的牛腿上) , 与常规不同的设计会对大跨楼盖的振动舒适度产生不同的影响。 等研究表明, 当楼板的跨度和楼面的结构振动的基频满足 时, 应该进行楼面的振动舒适度设计。高铁站房的大跨楼盖由于结构自身阻尼小、 跨度大而且容易出现人员密集情况, 其在人群荷载激励下容易出现共振, 从而使加速度超过人体舒适度耐受极限, 给人造成不适甚至引起恐慌,。因此有必要对高铁站房中的大跨楼盖振动舒适度进行分析, 并对不满足人体舒适度要求的大跨结构采取相应的减振措施。
4、 工程概况高铁枢纽长沙南站共站分场( 武广线与沪昆线)建设, 并与地铁系统立体化同时建设。为满足地铁建设需求, 高架层采用钢管混凝土柱和钢桁架组合的结构方案, 最大跨度达到 (瑏瑣轴间) , 楼盖为压型钢板非组合楼盖。轴间轴桁架和瑏瑣轴桁架西侧固接在轴柱上, 东侧简支在轴第 卷 第 期周朝阳, 等长沙南站二期大跨楼盖人致振动控制研究柱向西伸出的牛腿上, 而且支承在牛腿上的 跨桁架只在西侧与东西向次桁架相连。因此, 东西向桁架在东侧受到的约束较弱, 显然该区格楼盖约束不同于其他区格楼盖。以轴 间 和轴 间两跨 跨 度 相同、 结构形式相同但支座约束不同的大跨楼盖( 图) 为基础, 分析人群荷载激
5、励下大跨楼盖振动响应的区别, 并根据各自的振动响应分别提出减振措施,采用调谐质量阻尼器() 对楼盖进行振动控制。现场对减振前后两跨支座约束不同的大跨楼盖进行实测, 并对理论计算结果和实测结果进行对比分析。图 结构部分平面图以及人群荷载激励和布置图 结构有限元建模及特性分析图 高铁枢纽长沙南站站房有限元模型高铁枢纽长沙南站站房是桥建合一、 复杂的建筑结构, 应用 软件建立三维精细有限元整体模型( 图) , 采用 向量法对结构进行模态分析。 软件分析结果显示, 大跨楼盖的自振周期比较密集。进行动力时程分析时, 需要选取充分的振型来满足振型质量参与系数达到 的要求。根据有限元结果, 结构的前几阶振型
6、以平动和扭转为主,轴间楼盖竖向 振动基 频 为 ,轴 间 楼 盖 竖 向 振 动 基 频 为 , 大跨楼盖部分振型示意见图。图 大跨楼盖振型示意图 人群荷载激励下楼盖振动舒适度分析 人群荷载模拟 人群荷载模拟人群荷载激励曲线采用国际桥梁及结构工程协会 ( ) 曲线:() () ()式中:为行人激励荷载, ;为时间,;为行人平均重量, ;为步频, ; 系数 () , ,。取行人快速行走频率为 , 慢速行走频率为 ; 行人质量取 人, 人群荷载激励曲线如图所示。图 人群荷载激励曲线考虑到此类状况一般会出现在乘客上车的高峰期, 因此分析时假定此时每平方米有一位乘客, 加载位置位于乘客上车的走道上;
7、并假定所有人员均按照相同的频率行走, 但起步相位不同, 并且从,均匀分布。 踏步荷载模拟当人原地踏步时, 人体重心前后保持不变、 上下基本保持不变, 只有左右方向的交替变化, 因此原地踏步( 竖向) 激励曲线如图所示, 其与人群荷载激励曲线有所不同。 跑步荷载模拟当多人在大跨楼盖上奔跑时, 跑步荷载激励曲线与式() 相同, 频率取慢跑 、 快跑 两建 筑 结 构 年图 原地踏步( 竖向) 激励曲线种工况, 荷载作用范围取 , 等效均布荷载为 。 振动舒适度分析 分析工况定义大跨楼盖结构人群荷载激励振动分析时根据进站通道口的分布情况, 同时考虑到轴间和轴间楼盖结构的特殊性, 将荷载分布在这两区域
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