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1 第 48 卷 第 6 期 年 6 月 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol 48 No 6 Jun. 216 doi: / j.issn 大 跨 度 楼 盖 结 构 在 运 动 荷 载 下 的 振 动 性 能 杨 维 国 1, 马 伯 涛 2, 宋 毛 毛 2, 王 树 2, 孙 新 阳 1, 王 萌 1 2, 葛 家 琪 (1. 北 京 交 通 大 学 土 木 建 筑 工 程 学 院, 144 北 京 ;2. 中 国 航 空 规 划 设 计 研 究 总 院 有 限 公 司, 112 北 京 ) 摘 要 : 为 研 究 人 员 运 动 荷 载 下 大 跨 度 楼 盖 的 振 动 特 性, 以 内 蒙 古 伊 旗 全 民 健 身 体 育 中 心 大 跨 度 张 弦 梁 楼 盖 体 系 为 背 景, 采 用 生 物 力 学 测 力 平 台 进 行 人 员 行 走 跑 步 跳 跃 起 立 等 运 动 荷 载 实 测 和 相 关 分 析 研 究. 考 虑 可 能 出 现 的 各 种 运 动 荷 载 工 况, 对 大 跨 度 张 弦 梁 楼 盖 区 振 动 开 展 分 析 和 现 场 实 测. 分 析 表 明 : 行 走 跑 步 及 跳 跃 荷 载 工 况 下, 人 员 动 力 放 大 系 数 分 别 约 为 及 4.9, 大 跨 度 楼 盖 在 人 员 运 动 荷 载 数 值 模 型 激 励 下, 所 得 分 析 结 果 与 现 场 实 测 竖 向 加 速 度 峰 值 及 理 论 计 算 值 吻 合 较 好. 关 键 词 : 大 跨 度 钢 结 构 ; 楼 盖 ; 人 员 运 动 荷 载 ; 振 动 ; 分 析 中 图 分 类 号 : TU393.3; TU311.3 文 献 标 志 码 : A 文 章 编 号 : (216) Vibration characteristic of large span floor structure under moving load YANG Weiguo 1, MA Botao 2, SONG Maomao 2, WANG Shu 2, SUN Xinyang 1, WANG Meng 1, GE Jiaqi 2 (1.School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, 144 Beijing, China; 2.China Aviation Planning and Design Institute Co., Ltd.,112 Beijing, China) Abstract: To explore vibration characteristic of large span floor structure under moving load, based on the large span beam string floor structure of the National Fitness Center in Ejin Horo Banner, Inner Mongolia, the loading measurement and analysis of walking, running, jumping and standing up were conducted by using biomechanical force measuring platform. Considering all kinds of possible load condition, the finite element analysis ( FEA) and field measurement were performed for vibration of large span beam string structure floor area. The results show that the dynamic magnification factor of walking, running and jumping is 1.2, 2.4 and 4.9 respectively. The FEA results of large span floor vertical acceleration induced by pedestrian load excitation are in good agreement with field measurement results and theoretical calculation values. Keywords: large span steel structure; floor; pedestrian load; vibration; finite element analysis 近 年 来, 多 层 大 跨 度 空 间 结 构 在 工 程 中 得 到 广 泛 应 用, 大 跨 楼 盖 结 构 不 断 涌 现. 随 着 楼 盖 跨 度 的 增 大, 其 竖 向 自 振 频 率 将 会 降 低, 一 般 大 跨 度 楼 层 钢 结 构 的 竖 向 自 振 频 率 不 超 过 3 Hz. 当 结 构 自 振 频 率 与 人 步 行 或 其 他 运 动 频 率 接 近 时, 人 员 易 与 楼 层 结 构 发 生 共 振 [1-2], 致 使 楼 层 结 构 竖 向 振 动 超 出 人 能 够 接 受 的 程 度 [3-5]. 在 大 跨 空 间 结 构 楼 盖 上 设 置 运 动 比 赛 场, 如 果 楼 盖 振 动 超 标, 会 影 响 观 众 的 舒 适 度 和 运 收 稿 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 ( , ); 中 国 航 空 规 划 设 计 研 究 总 院 有 限 公 司 资 助 项 目 ( 技 13 研 -51). 作 者 简 介 : 杨 维 国 (1973 ), 男, 教 授, 博 士 生 导 师. 通 信 作 者 : 杨 维 国, wg_yang@ 263.net. 动 员 水 平 的 正 常 发 挥. 考 虑 到 结 构 楼 盖 系 统 建 成 后 若 发 生 舒 适 度 超 标 问 题, 事 后 修 补 的 技 术 难 度 高 成 本 大. 因 此 大 跨 度 楼 盖 结 构 在 设 计 时 应 充 分 考 虑 其 在 人 行 荷 载 作 用 下 的 振 动 舒 适 度 问 题 [6]. 本 文 在 对 人 员 运 动 荷 载 进 行 现 场 实 测 的 基 础 上, 得 到 包 括 人 行 走 跑 步 跳 跃 等 工 况 下 的 建 议 设 计 荷 载 模 型. 针 对 内 蒙 古 伊 金 霍 洛 旗 全 民 健 身 体 育 活 动 中 心 工 程, 对 其 大 跨 度 楼 盖 区 运 动 人 员 激 励 下 的 振 动 进 行 现 场 实 测 ; 同 时 利 用 ANSYS 进 行 分 析, 对 比 分 析 与 实 测 结 果, 验 证 人 员 运 动 荷 载 模 型 和 楼 盖 结 构 模 型 的 正 确 性, 明 确 了 大 跨 度 楼 盖 区 在 人 行 荷 载 作 用 下 的 动 力 特 性, 研 究 流 程 见 图 1.

2 第 6 期 杨 维 国, 等 : 大 跨 度 楼 盖 结 构 在 运 动 荷 载 下 的 振 动 性 能 65 规 范 预 测 伊 旗 活 动 中 心 楼 盖 振 动 峰 值 加 速 度 1 工 程 概 况 人 员 运 动 荷 载 测 试 人 员 荷 载 数 值 模 拟 分 析 楼 盖 自 振 特 性 及 人 员 荷 载 下 伊 旗 活 动 中 心 加 速 度 响 应 计 算 伊 旗 活 动 中 心 舒 适 度 预 测 及 评 价 图 1 研 究 流 程 图 现 场 实 测 楼 盖 自 振 特 性 及 人 员 荷 载 下 伊 旗 活 动 中 心 加 速 度 响 应 实 测 内 蒙 古 伊 金 霍 洛 旗 全 民 健 身 体 育 活 动 中 心 工 程 总 高 度 约 3 m, 结 构 外 形 总 体 呈 下 部 楼 层 收 进 上 部 大 悬 挑 形 状, 地 下 设 置 游 泳 池, 游 泳 池 正 上 方 为 运 动 场, 用 于 篮 球 比 赛 和 羽 毛 球 比 赛 等 ; 该 层 选 择 了 大 跨 度 张 弦 梁 体 系 作 为 楼 盖 体 系, 短 向 跨 度 约 4 m; 本 层 平 面 形 状 为 正 八 边 形, 最 大 尺 寸 为 89 m 89 m, 结 构 内 部 设 置 运 动 场 及 看 台, 室 内 篮 球 场 在 张 弦 梁 楼 盖 正 上 方. 设 计 人 员 需 充 分 考 虑 张 悬 梁 楼 盖 在 人 员 运 动 激 励 下 的 振 动 舒 适 度 问 题. 2 人 员 运 动 荷 载 实 测 人 员 运 动 荷 载 是 建 筑 物 设 计 尤 其 是 建 筑 物 动 力 分 析 的 主 要 荷 载 输 入. 为 明 确 人 员 运 动 荷 载 的 特 征 参 数, 进 行 了 单 人 运 动 室 内 测 试, 以 测 定 各 种 运 动 下 典 型 的 荷 载 特 征. 在 国 家 体 育 总 局 体 育 科 学 研 究 所 进 行 了 人 员 运 动 荷 载 实 测 和 相 关 分 析 研 究, 主 要 有 行 走 跑 步 跳 跃 及 起 立 等 动 作 下 的 荷 载 测 试. 采 用 德 国 KISTLER 公 司 生 产 的 9281C 型 多 分 量 生 物 力 学 测 力 平 台, 见 图 2. 连 接 器 9 X Y Z 型 安 装 框 图 C 型 多 分 量 生 物 力 学 测 力 平 台 尺 寸 (mm) 2.1 测 试 参 数 及 工 况 由 于 主 要 关 注 受 试 人 员 对 地 板 的 竖 向 力, 故 只 分 析 各 测 次 中 的 竖 向 数 据. 同 时, 为 避 免 受 试 者 体 重 对 测 试 结 果 的 影 响, 分 析 中 以 竖 向 力 与 其 体 重 的 比 值 这 一 无 量 纲 数 作 为 研 究 对 象. 测 试 中, 慢 走 中 速 走 快 走 慢 跑 中 速 跑 快 跑 工 况 的 采 样 频 率 设 为 5 Hz; 全 力 跳 起 持 续 跳 起 跳 远 正 常 站 起 快 速 站 起 6 cm 高 跳 下 工 况 的 采 样 频 率 设 为 1 Hz. 将 上 述 12 种 工 况 归 纳 为 4 类 进 行 研 究 : 1) 行 走 工 况 : 慢 走 ( 步 频 Hz; 速 度 1.35 m / s) 中 速 走 ( 步 频 2.13 Hz; 速 度 1.65 m / s) 及 快 走 ( 步 频 2.43 Hz; 速 度 2. m / s); 2) 跑 步 工 况 : 慢 跑 ( 步 频 2. 8 Hz; 速 度 2.5 m / s) 中 速 跑 ( 步 频 3.1 Hz; 速 度 3.5 m / s) 及 快 跑 ( 步 频 3.52 Hz; 速 度 4.5 m / s); 3) 跳 跃 工 况 : 全 力 跳 起 持 续 跳 跃 及 跳 远 ; 4) 站 起 及 跳 下 工 况 : 正 常 站 快 速 站 起 及 6 cm 高 跳 下. 2.2 实 测 结 论 与 建 议 参 与 测 试 的 人 员 包 括 来 自 北 京 交 通 大 学 中 国 航 空 规 划 设 计 研 究 总 院 有 限 公 司 和 国 家 体 育 总 局 体 育 科 学 研 究 所 的 工 作 人 员, 共 8 人, 基 本 情 况 见 表 1. 表 1 受 试 人 员 基 本 情 况 序 号 性 别 年 龄 身 高 / cm 体 重 / kg 1 男 男 男 男 男 男 女 女 经 测 试, 各 种 工 况 下 人 员 运 动 荷 载 特 征 参 数 为 : 1) 行 走 工 况 下 荷 载 模 式 及 参 数 建 议 见 图 3 和 表 2. 其 中 k 为 作 用 力 与 体 重 的 比 值 [7] ;A 点 为 单 脚 落 地 时 间, 即 时 间 起 点 ;B C D 点 为 作 用 力 极 值 点, B D 点 为 极 大 值 点,C 点 为 极 小 值 点 ;E 点 为 单 脚 离 地 时 间, 即 时 间 终 点. 2) 跑 步 工 况 荷 载 模 式 及 参 数 建 议 见 图 4 和 表 3. 其 中 k 为 作 用 力 与 体 重 的 比 值 ;A 点 为 单 脚 落 地 时 间, 即 时 间 起 点 ;B 点 为 作 用 力 极 值 点 ;C 点 为 单 脚 离 地 时 间, 即 时 间 终 点. 3) 跳 跃 站 立 及 跳 下 工 况 中, 仅 在 特 定 瞬 时 发 生, 且 控 制 因 素 为 跃 起 后 落 下 时 力 的 最 大 值, 即 瞬 时 作 用 荷 载 [8], 故 文 中 只 分 析 以 上 3 种 工 况 作 用 力 的 最 大 值, 人 对 地 面 作 用 力 最 大 值 与 其 体 重 比 值 最 大 值 见 表 4.

3 66 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第 48 卷 12 表 4 人 员 跳 跃 起 立 等 动 作 的 动 力 放 大 系 数 k F/N 8 4 图 (a) 行 走 作 用 力 时 程 k k1 k3 k2 表 2 A B C D E A 单 脚 落 地 B 重 心 下 降 C 重 心 转 移 D 脚 掌 撑 地 E 单 脚 离 地 t1 t2 t3 t4 t (b) 行 走 建 议 荷 载 模 型 实 测 人 员 行 走 作 用 力 时 程 及 建 议 荷 载 模 型 人 员 行 走 动 力 放 大 系 数 及 单 步 时 间 参 数 k 1 k 2 k 3 t 1 / s t 2 / s t 3 / s t 4 / s 慢 走 正 常 走 快 走 F/N 图 k k1 A B (a) 跑 步 作 用 力 时 程 C A 单 脚 落 地 B 重 心 下 降 C 单 脚 离 地 t1 t2 t (b) 跑 步 建 议 荷 载 模 型 实 测 人 员 跑 步 作 用 力 时 程 及 建 议 荷 载 模 型 全 力 跳 起 持 续 跳 跃 跳 远 正 常 站 起 快 速 站 起 6 cm 高 跳 下 楼 盖 区 现 场 实 测 及 分 析 针 对 内 蒙 古 伊 金 霍 洛 旗 全 民 健 身 体 育 活 动 中 心 工 程, 对 大 跨 度 张 弦 梁 楼 盖 运 动 场 装 修 前 进 行 振 动 加 速 度 实 测, 目 的 是 通 过 实 测 本 底 振 动 振 动 传 递 和 动 力 响 应 明 确 大 跨 度 楼 盖 区 的 动 力 特 性, 通 过 对 实 测 结 果 的 计 算 和 分 析, 为 该 建 筑 结 构 实 际 使 用 舒 适 性 作 出 预 测 评 价, 测 试 主 要 包 括 : 1) 人 及 重 物 对 大 跨 度 结 构 的 瞬 时 激 励 效 应 测 试, 即 人 为 激 励 大 跨 度 结 构 地 面 一 点, 测 量 相 应 测 点 的 振 动 及 频 谱 成 份 ; 2) 人 行 激 励 对 体 育 馆 主 场 地 振 动 效 应 测 试, 由 测 试 者 在 大 跨 度 结 构 地 面 上 走 跑 激 励, 测 量 附 近 测 点 的 振 动 及 频 谱 成 份. 现 场 测 试 点 位 置 见 图 5. EN EA E EB ES 测 点 图 5 E9 跳 起 E6 跳 起 E6 沙 袋 现 场 测 点 布 置 示 意 E6-E8 跑 步 E6-E8 正 步 EA6-EB6 正 步 4?5 在 对 现 场 实 测 结 果 进 行 分 析 的 同 时, 利 用 ANSYS 建 立 大 跨 度 主 体 结 构 模 型, 主 体 结 构 模 型 混 凝 土 板 厚 为 15 mm, 混 凝 土 楼 板 采 用 C3, 钢 材 主 要 采 用 Q345 及 Q42, 张 拉 索 采 用 高 强 预 应 力 钢 索, 主 体 结 构 模 型 见 图 6. 荷 载 以 移 动 荷 载 列 的 形 式 在 模 型 中 加 载 [9], 根 据 现 场 实 测 工 况 对 模 型 进 行 相 应 振 动 激 励 分 析, 对 比 现 场 实 测 和 分 析 结 果, 得 到 大 跨 度 楼 盖 在 人 行 激 励 下 的 动 力 振 动 特 性. 表 3 人 员 跑 步 动 力 放 大 系 数 及 单 步 时 间 参 数 k 1 t 1 / s t 2 / s 慢 跑 正 常 跑 快 跑 图 6 大 跨 度 主 体 结 构 模 型

4 第 6 期 杨 维 国, 等 : 大 跨 度 楼 盖 结 构 在 运 动 荷 载 下 的 振 动 性 能 楼 盖 自 振 频 率 计 算 及 实 测 利 用 ANSYS 对 上 述 大 跨 度 主 体 结 构 模 型 进 行 模 态 分 析, 得 到 模 型 前 2 阶 竖 向 自 振 频 率 为 1.91 Hz 和 2.7 Hz, 结 构 前 两 阶 振 型 见 图 7. 利 用 脉 动 法 对 主 体 结 构 进 行 动 力 特 性 测 试, 分 析 主 体 结 构 在 无 显 著 激 励 条 件 下 的 频 谱 成 分, 测 得 竣 工 前 主 场 地 自 振 频 率 为 2 ~ 3 Hz( 图 8), 实 测 结 果 与 分 析 结 果 比 较 吻 合, 验 证 了 计 算 模 型 的 正 确 性. (a) 第 一 阶 振 型 (b) 第 二 阶 振 型 图 7 结 构 前 两 阶 振 型 加 速 度 /1-8 (mm?s -2 ) 3 2 2~3Hz 频 率 /Hz 图 8 实 测 结 构 竖 向 加 速 度 频 谱 3.2 人 及 重 物 瞬 时 激 励 采 用 人 为 激 励 大 跨 度 结 构 地 面 一 点, 测 量 其 邻 近 点 振 动 幅 值 及 频 谱 成 份, 中, 测 点 位 于 E5 点, 采 取 3 种 激 励 方 式 :1) 一 人 ( 体 重 119 kg) 在 E9 点 跳 起 激 励 ;2) 一 人 ( 体 重 119 kg) 在 E6 点 跳 起 激 励 ;3) 在 E6 点 5 kg 沙 袋 自 6 cm 高 自 由 落 下. 为 确 保 各 次 测 量 之 间 具 有 可 比 性, 前 两 种 激 励 方 式 中, 人 跳 起 高 度 尽 量 保 持 一 致, 第 3 种 激 励 方 式 中, 沙 袋 落 下 高 度 亦 尽 量 保 持 一 致. 分 析 时, 由 人 员 运 动 荷 载 实 测 所 得 动 力 放 大 系 数 及 人 和 沙 袋 的 重 力, 得 到 人 跳 跃 及 沙 袋 下 落 对 测 试 点 的 冲 击 力 F = kg, 其 中 k 分 别 为 表 4 中 全 力 跳 起 及 6 cm 高 跳 下 放 大 系 数, G 为 上 述 3 种 工 况 瞬 时 激 励 人 及 沙 袋 重 力, 得 出 3 个 工 况 作 用 力 分 别 为 N, 作 为 冲 击 荷 载 施 加 在 相 应 的 激 励 点 (E6 及 E9), 对 结 构 进 行 瞬 态 分 析, 得 测 点 E5 的 加 速 度 时 程 曲 线, 与 分 析 结 果 对 比 见 表 5. 表 5 人 及 重 物 瞬 时 激 励 下 测 点 E5 振 动 加 速 度 与 对 比 mm s -2 激 励 方 式 径 向 切 向 竖 向 平 均 偏 差 / % 平 均 偏 差 / % 平 均 偏 差 / % E9 跳 起 E9 跳 起 E9 跳 起 E6 跳 起 E6 跳 起 E6 跳 起 E6 沙 袋 由 现 场 实 测 与 分 析 对 比 可 知, 主 场 地 在 人 跳 跃 及 重 物 下 落 激 励 下, 分 析 结 果 与 现 场 实 测 竖 向 加 速 度 峰 值 能 较 好 吻 合, 偏 差 可 控 制 在 15% 以 内, 径 向 与 切 向 加 速 度 峰 值 存 在 一 定 的 偏 差, E9 跳 起 激 励 时 径 向 加 速 度 偏 差 为 26.8%.3 种 瞬 时 激 励 下, 加 速 度 反 应 均 不 断 衰 减,E6 跳 起 激 励 产 生 的 竖 向 加 速 度 响 应 较 大, 测 点 处 三 方 向 最 大 加 速 度 响 应 依 次 为 及 mm / s 2. 与 有 限 元 计 算 所 得 竖 向 加 速 度 时 程 曲 线 对 比 见 图 人 行 激 励 振 动 特 性 该 部 分 测 试 中, 测 试 者 在 体 育 馆 地 面 上 走 跑 激 励, 测 量 附 近 测 点 的 振 动, 测 点 位 于 E5 点, 采 取 3 种 激 励 方 式 :1)3 人 同 步 在 E6-E8 之 间 跑 步 行 进 ; 2) 3 人 同 步 在 E6 - E8 间 正 步 行 进 ;3) 3 人 同 步 在 EA6-EB6 间 正 步 行 进. 人 行 荷 载 作 用 下 进 行 分 析 时, 先 进 行 主 体 结 构 模 态 分 析, 由 一 二 阶 频 率 计 算 得 瑞 利 阻 尼, 由 图 3 4 中 人 员 运 动 荷 载 实 测 所 得 跑 步 及 走 路 等 工

5 68 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第 48 卷 况 的 建 议 荷 载 模 式, 得 激 励 荷 载 F = kg,k 取 表 2 3 中 正 常 走 及 正 常 跑 中 放 大 系 数, 测 试 人 员 为 表 1 中 序 号 人 员, 即 G 分 别 为 N, 由 MATLAB 拟 合 得 到 各 测 试 点 的 人 行 荷 载 时 程 曲 线, 作 为 激 励 荷 载 施 加 在 相 应 的 激 励 点 ( 图 5), 对 结 构 进 行 瞬 态 分 析, 得 测 点 E5 的 加 速 度 时 程 曲 线, 与 分 析 结 果 见 表 6, 表 5 6 中 径 向 为 垂 直 于 张 弦 梁 方 向, 切 向 为 张 弦 梁 方 向. 与 计 算 所 得 测 点 E5 的 竖 向 加 速 度 时 程 曲 线 见 图 1. 图 E9 跳 起 E6 跳 起 (a) 一 人 ( 体 重 119kg) 在 E9 点 跳 起 (b) 一 人 ( 体 重 119kg) 在 E6 点 跳 起 E6 沙 袋 (c) 沙 袋 ( 重 5kg) 在 E6 点 自 由 下 落 人 跳 跃 及 重 物 下 落 时 E5 测 点 竖 向 加 速 度 曲 线 由 表 5 6 中 实 测 与 分 析 对 比 结 果 可 知, 主 场 地 在 人 行 荷 载 激 励 下, 所 得 分 析 结 果 与 现 场 实 测 竖 向 加 速 度 峰 值 能 够 较 好 吻 合,E6-E8 间 跑 步 及 正 步 走 时, 偏 差 较 小,EA6-EB6 正 步 走 时 径 向 加 速 度 峰 值 偏 差 最 大 为 26.4%.3 种 激 励 方 式 下, 激 励 刚 开 始 时 反 应 较 大, 后 期 开 始 衰 减, 跑 步 激 励 产 生 的 竖 向 加 速 度 响 应 比 正 步 响 应 大, 而 正 步 激 励 产 生 的 横 向 加 速 度 响 应 大 于 跑 步 响 应, 测 点 处 正 步 激 励 时 三 方 向 最 大 加 速 度 响 应 分 别 为 及 87 mm / s 2. 参 考 中 国 建 筑 楼 盖 结 构 振 动 舒 适 度 技 术 规 范 [1] 中 关 于 楼 盖 舒 适 度 的 有 关 规 定, 根 据 体 育 馆 使 用 要 求 选 取 商 场 舒 适 度 标 准, 行 走 激 励 时 楼 盖 峰 值 加 速 度 限 值 为 15 mm / s 2, 人 行 走 引 起 的 楼 盖 振 动 峰 值 加 速 度 可 近 似 计 算 : a p = F p g, (1) ξw F p = p e -.35f 1, (2) W = δf jk B j L j, (3).25 æd B j = s ö C j ç,l j 2 èd j ø 3 B w. (4) 式 中 :a p 为 楼 盖 振 动 峰 值 加 速 度,F p 为 接 近 楼 盖 结 构 自 振 频 率 时 人 行 走 产 生 的 作 用 力,p 为 人 行 走 产 生 的 作 用 力,f 1 为 结 构 第 一 阶 竖 向 自 振 频 率,ξ 为 楼 盖 结 构 阻 尼 比,W 为 楼 盖 结 构 振 动 有 效 重 量,g 为 重 力 加 速 度,δ 为 连 续 性 系 数,F jk 为 次 梁 分 担 的 均 布 荷 载 标 准 值,L j 为 次 梁 的 跨 度,B j 为 次 梁 的 有 效 宽 度,C j 为 次 梁 的 边 界 条 件 影 响 系 数,D s 与 D j 分 别 为 垂 直 于 与 平 行 于 次 梁 跨 度 方 向 单 位 宽 度 的 惯 性 矩,B w 为 垂 直 于 次 梁 跨 度 方 向 的 楼 板 宽 度 (a)3 人 同 步 在 E6-E8 之 间 跑 步 (b)3 人 同 步 在 E6-E8 之 间 正 步 走 图 1 (c)3 人 同 步 在 EA6-EB6 之 间 正 步 走 人 行 激 励 时 E5 测 点 竖 向 加 速 度 曲 线 根 据 上 式 代 入 相 关 参 数 后 得 到 楼 盖 振 动 峰 值 加 速 度 为 mm / s 2, 行 走 工 况 计 算 结 果

6 第 6 期 杨 维 国, 等 : 大 跨 度 楼 盖 结 构 在 运 动 荷 载 下 的 振 动 性 能 mm / s 2, 与 规 范 计 算 值 相 差 在 15% 以 内, 且 小 于 规 范 中 行 走 激 励 时 建 筑 楼 盖 峰 值 加 速 度 限 制, 进 一 步 说 明 了 所 建 立 的 荷 载 模 型 及 模 型 的 有 效 性. 表 6 测 点 E6-E8 及 EA6-EB6 振 动 加 速 度 与 对 比 mm s -2 激 励 径 向 切 向 竖 向 偏 差 / % 偏 差 / % 偏 差 / % E6-E8 间 跑 步 E6-E8 正 步 走 EA6-EB6 正 步 走 结 论 1) 针 对 建 立 的 人 员 荷 载 模 型 : 行 走 工 况 下, 人 员 荷 载 放 大 系 数 约 为 1.2, 正 常 走 最 大 ; 跑 步 工 况 下, 人 员 荷 载 放 大 系 数 约 为 2.4, 正 常 跑 最 大 ; 跳 跃 工 况 下, 人 员 荷 载 放 大 系 数 约 为 4.9, 全 力 跳 起 最 大 ; 其 他 动 作 中,6 cm 高 跳 下 动 力 放 大 系 数 达 6.7, 动 力 放 大 效 应 显 著. 2) 行 走 工 况 下, 楼 盖 振 动 峰 值 加 速 度 理 论 计 算 值 与 计 算 结 果 吻 合 较 好, 两 者 相 差 在 15% 以 内 ; 其 他 测 点 处 计 算 值 与 现 场 实 测 值 相 差 在 3% 内. 对 于 工 程 中 其 他 人 员 运 动 荷 载 工 况 下 的 楼 盖 振 动 响 应, 可 根 据 相 应 的 荷 载 模 式, 建 立 模 型 进 行 振 动 分 析. 3) 主 场 地 在 人 跑 步 跳 跃 及 重 物 下 落 激 励 下, 所 得 分 析 结 果 与 现 场 实 测 竖 向 加 速 度 峰 值 吻 合 较 好, 两 者 相 差 在 3% 以 内, 偏 差 在 可 接 受 的 范 围 内, 可 验 证 人 员 运 动 荷 载 的 数 值 模 拟 的 有 效 性 及 楼 盖 模 型 的 正 确 性. 4) 根 据 大 跨 度 楼 盖 现 场 实 测 和 分 析, 楼 盖 区 张 弦 梁 结 构 在 激 励 施 加 时 加 速 度 反 应 较 大, 后 期 不 断 衰 减, 但 衰 减 较 慢 ; 在 人 行 荷 载 激 励 时, 后 续 激 励 与 前 期 激 励 反 应 会 有 部 分 叠 加, 振 动 响 应 呈 现 先 减 小 再 增 大 然 后 再 减 小 的 特 征. 参 考 文 献 [1] 操 礼 林, 李 爱 群, 陈 鑫, 等. 人 群 荷 载 下 大 型 火 车 站 房 大 跨 楼 盖 振 动 舒 适 度 控 制 研 究 [C] / / 第 五 届 全 国 防 震 减 灾 工 程 学 术 研 讨 会 论 文 集. 武 汉 : 中 国 土 木 工 程 学 会,21: [2] 李 泉, 樊 健 生, 聂 建 国. 人 群 节 律 性 运 动 下 大 跨 楼 盖 的 随 机 振 动 问 题 研 究 [J]. 振 动 与 冲 击,212,31(24): [3] 中 华 人 民 共 和 国 住 房 和 城 乡 建 设 部. 建 筑 工 程 容 许 振 动 标 准 :GB [ S]. 北 京 : 中 国 计 划 出 版 社, 213. [4] 何 浩 祥, 闫 维 明, 张 爱 林, 等. 竖 向 环 境 振 动 下 人 与 结 构 相 互 作 用 及 舒 适 度 研 究 [ J]. 振 动 工 程 学 报,28,21( 5): [5] 董 霜, 朱 元 清. 环 境 振 动 对 人 体 的 影 响 [ J]. 噪 声 与 振 动 控 制,24,24(3): [6] 马 伯 涛, 杨 国 莉, 庞 玉 涛, 等. 大 跨 度 及 长 悬 挑 楼 层 钢 结 构 运 动 场 人 员 舒 适 度 分 析 研 究 [ J]. 建 筑 结 构 学 报, 212,33(4): [7] KERR S C, BISHOP N W. Human induced loading on flexible staircases [ J]. Engineering Structures, 21, 23 (1): [8] YAO S, WRIGHT J R, PAVIC A, et al. Forces generated when bouncing or jumping on a flexible structure [ C] / / Proceedings of the International Conference on Noise and Vibration. Leuven, Belgium: [ s. n.], 22, 2 ( 1 ): [9] ELLIS B. Floor vibration induced by dance type loads: verification [ J ]. Structural Engineer, 1994, 72 ( 3 ): [1] 中 华 人 民 共 和 国 住 房 和 城 乡 建 设 部. 建 筑 楼 盖 结 构 振 动 舒 适 度 技 术 规 范 ( 征 求 意 见 稿 )[S]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,214. ( 编 辑 赵 丽 莹 )

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Mnq 1 1 m ANSYS BEAM44 E0 E18 E0' Y Z E18' X Y Z ANSYS C64K C70C70H C /t /t /t /mm /mm /mm C64K 25 4 Vol. 25 No. 4 2012 12 JOURNAL OF SHIJIAZHUANG TIEDAO UNIVERSITY NATURAL SCIENCE Dec. 2012 1 2 1 2 3 4 1 2 1. 050043 2. 050043 3. 3300134. 450052 ANSYS C80 C80 125 ac70 0 U24 A 2095-0373201204-0017-06

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