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一種用于bounce荷載下樓蓋振動響應分析的反應譜法

文檔序號:6620148閱讀:552來源:國知局
一種用于bounce荷載下樓蓋振動響應分析的反應譜法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于bounce荷載下樓蓋振動響應分析的反應譜法,該方法包括:(1)采集大量單人bounce荷載曲線,形成實測bounce荷載數(shù)據(jù)庫;(2)對實測bounce荷載數(shù)據(jù)進行歸一化處理后輸入標準激勵系統(tǒng),進行時程分析,計算獲得實測bounce荷載的加速度反應譜;(3)以測試者為對象進行分類,以測試者反應譜的外包絡線為代表曲線,進行統(tǒng)計、擬合,構(gòu)建完整的設(shè)計反應譜的分段函數(shù)表達式;(4)利用設(shè)計反應譜,計算bounce荷載下樓蓋結(jié)構(gòu)每一階振型的動力響應,按平方法和開平方或完全平方組合的方式進行組合,最終得到樓蓋動力響應。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明能夠快速并較為準確地估算bounce荷載下樓蓋結(jié)構(gòu)的加速度響應。
【專利說明】-種用于bounce荷載下樓蓋振動響應分析的反應譜法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其是涉及一種用于bounce荷載下樓蓋振動響 應分析的反應譜法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,新型結(jié)構(gòu)形式與高強輕質(zhì)材料等在公共建筑中的廣泛 運用,樓蓋結(jié)構(gòu)跨度越來越大。另一方面,文化生活的日漸豐富使得參加流行音樂會和大型 體育活動等逐步普及,這些活動都會伴有人群有節(jié)奏的運動。大跨樓蓋基頻低阻尼小,人群 有節(jié)奏運動的頻率與樓蓋自振頻率相當時,容易引發(fā)樓蓋系統(tǒng)的共振,可能引起樓蓋過量 振動,若超過人體振動舒適度要求,會造成參與者的身體不適和心理恐慌,甚至造成結(jié)構(gòu)安 全問題。Bounce (有時又稱bobbing)運動是指雙腳不離地的人體上下往復運動,是有節(jié)奏 運動中最為常見的運動型式,尤其是在音樂廳和體育場等場所,由于活動空間有限,位置固 定,人們常常伴隨音樂節(jié)奏做bounce運動來表達自己愉悅的心情。歷史上曾發(fā)生過觀眾的 有節(jié)奏性bounce運動造成音樂會場建筑的破壞以及人群恐慌引發(fā)的踩踏傷亡事故,遺憾 的是,對于bounce這一重要的有節(jié)奏激勵,國內(nèi)外對其荷載特性研究還比較少,缺少實測 資料,也沒有對應的荷載模型,由此造成對bounce運動引起的樓蓋響應計算方法的研究也 較少。隨著國內(nèi)公共建筑的迅猛發(fā)展,如何在設(shè)計階段考慮bounce運動對樓板振動的影響 已引起廣泛重視。動力響應是舒適度評價的重要指標,在設(shè)計階段,由于存在方案頻繁變更 的現(xiàn)實問題,如何快速有效地計算大跨樓蓋結(jié)構(gòu)的動力響應顯得尤為重要。從某種意義上 講,大跨度、輕柔結(jié)構(gòu)振動舒適度問題正逐步成為大跨樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制準則。
[0003] 大跨結(jié)構(gòu)的人致激勵振動問題主要包括輸入(bounce荷載)、傳遞路徑(結(jié)構(gòu)動力 特性)和接收者(振動響應)三個要素。振動響應分析方法一般可以分為兩大類:時域分 析和頻域分析。目前主要通過有限元時程積分法或簡化方法計算人致激勵下的結(jié)構(gòu)響應。 有限元法雖能準確計算給定荷載下動力響應,但由于bounce荷載的隨機性以及荷載施加 困難性,因此難以推廣為快速高效的計算方法。而簡化方法對比與實測結(jié)果,基本存在一些 問題,如bounce荷載模型不準確、計算假定不合理、結(jié)構(gòu)模型太簡化等。
[0004] 反應譜方法是另外一種計算結(jié)構(gòu)峰值動力響應的常用方法,廣泛應用于結(jié)構(gòu)抗震 分析中,具有快速、準確的特點,近年來也開始用于大跨結(jié)構(gòu)人致振動峰值響應計算。然而 大部分的樓蓋加速度反應譜研究都是針對步行荷載,對bounce荷載下的加速度反應譜研 究,尚未有公開報道。因此,建立一種快速準確的計算大跨樓蓋bounce作用下的動力響應 方法是工程設(shè)計人員非常關(guān)心的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種精確度高、結(jié)果 更加合理的用于bounce荷載下樓蓋振動響應分析的反應譜法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007] -種用于bounce荷載下樓蓋振動響應分析的反應譜法,該方法包括:
[0008] (l)bounce荷載數(shù)據(jù)庫建立步驟:采集大量單人bounce荷載曲線,形成實測 bounce荷載數(shù)據(jù)庫;
[0009] (2)加速度反應譜獲取步驟:對實測bounce荷載數(shù)據(jù)進行歸一化處理后輸入標準 激勵系統(tǒng),進行時程分析,計算獲得實測bounce荷載的加速度反應譜;
[0010] (3)設(shè)計反應譜分段函數(shù)構(gòu)建步驟:以測試者為對象進行分類,以測試者反應譜 的外包絡線為代表曲線,進行統(tǒng)計、擬合,構(gòu)建完整的設(shè)計反應譜的分段函數(shù)表達式,所述 設(shè)計反應譜具有"兩平臺段一下降段"的曲線形式,其表達式如下:
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于bounce荷載下樓蓋振動響應分析的反應譜法,其特征在于,該方法包括: (1) bounce荷載數(shù)據(jù)庫建立步驟:采集大量單人bounce荷載曲線,形成實測bounce荷 載數(shù)據(jù)庫; (2) 加速度反應譜獲取步驟:對實測bounce荷載數(shù)據(jù)進行歸一化處理后輸入標準激勵 系統(tǒng),進行時程分析,計算獲得實測bounce荷載的加速度反應譜; (3) 設(shè)計反應譜分段函數(shù)構(gòu)建步驟:以測試者為對象進行分類,以測試者反應譜的外 包絡線為代表曲線,進行統(tǒng)計、擬合,構(gòu)建完整的設(shè)計反應譜的分段函數(shù)表達式,所述設(shè)計 反應譜具有"兩平臺段一下降段"的曲線形式,其表達式如下:
其中,a(f,ζ,P)為10s加速度均方根反應譜數(shù)值,f為樓蓋結(jié)構(gòu)自振頻率,單位為Hz ; ξ為樓蓋結(jié)構(gòu)的阻尼比;P為加速度響應對應的保證率
分別對應反應譜第一、第 二平臺段取值; (4) 樓蓋結(jié)構(gòu)動力響應獲取步驟:利用設(shè)計反應譜,計算bounce荷載下樓蓋結(jié)構(gòu)每一 階振型的動力響應,按平方法和開平方或完全平方組合的方式進行組合,最終得到樓蓋動 力響應。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種bounce荷載下樓蓋振動響應計算方法,其特征在于,所 述的步驟(1)具體為:利用無線藍牙測力鞋墊,完成多人次多種頻率下的bounce激勵實驗, 記錄每次實驗下單人bounce荷載曲線,建立bounce荷載曲線數(shù)據(jù)庫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種bounce荷載下樓蓋振動響應計算方法,其特征在于,所 述的步驟(2)中,計算的加速度反應譜包括加速度峰值反應譜和10s加速度方根值反應譜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種bounce荷載下樓蓋振動響應計算方法,其特征在于,所 述的步驟(3)中,
的取值通過以下公式計算:
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種bounce荷載下樓蓋振動響應計算方法,其特征在于,所 述的步驟(4)中,bounce荷載下樓蓋結(jié)構(gòu)每一階振型的動力響應為:
其中,
為第k階振型對應的10s加速度均方根值響應,為bounce作用點在第 k階振型模態(tài)值;Φ 2,k為板上響應驗算點處第k階振型模態(tài)值;G為行人體重,單位N ;Mk為 樓蓋k階振型質(zhì)量。
【文檔編號】G06F19/00GK104112073SQ201410335995
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】陳雋, 王磊, 徐若天 申請人:同濟大學
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