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