人行天桥舒适度与减振控制

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随着人民生活水平的提高,城市交通压力也越来越大,在交通路口设置人行天桥缓解城市交通压力,很多人行天桥具有大跨度、轻柔性和低刚度的特点。这些特点使桥梁自振频率变小,易与行人发生共振,共振不仅使行人产生心理上的恐慌,严重时还会引发桥梁的安全问题。在对低刚度和轻柔性桥梁进行设计时,不仅要进行强度验算,还要进行舒适度验算,我国规范规定桥梁一阶竖向自振频率小于3Hz,就要对桥梁进行舒适度分析与减振控制。为了不影响桥梁的美观和安全性,国内外学者对桥梁添加阻尼器,进行减振控制。本文根据规范规定的舒适度要求,应用有限元软件Midas Civil,对一阶竖向自振频率不满足规范要求的大悬挑人行天桥进行舒适度分析。并对不同人行荷载工况作用下的结构舒适度进行验算,结果表明此人行天桥的竖向峰值加速度不满足规范要求,为此本文通过对此人行天桥添加TMD调谐质量阻尼器进行减振分析,得出不同质量比与不同个数的TMD减振系统对桥梁的减振效果,最终选择了减振效果最好的质量比为1%的STMD减振方案。为了更好的分析人群通过桥梁时的振动规律,简化计算模型为单跨简支梁,采用伯努利-欧拉梁假设,人群荷载简化为简谐荷载,让人群匀速同频率过桥,分析桥梁在极限状态时的振动响应。推导人群-人行桥-TMD运动方程与状态方程,在MATLAB中进行编程,并在Simulink中建立模块并进行仿真分析,得到桥梁的竖向加速度动力响应。在Ansys中建立单跨简支梁模型,施加移动简谐荷载,进行动力响应分析。将Ansys与Simulink两种软件分析得出的峰值加速度与峰值位移的结果进行对比,确定Simulink仿真程序的正确性。因为定质量TMD调谐质量阻尼器只对特定的人行荷载频率起到良好的减振效果,而人行荷载频率是一个变化的范围,为了对人行天桥进行更加优化的减振控制,引入运用到车辆中的变质量动力吸振器,实现学科交叉化。变质量TMD原理是通过改变TMD质量块的质量对人行桥进行减振控制。在Simulink中建立变质量TMD仿真模块,并进行仿真分析,由分析结果可知变质量TMD对人行荷载频率范围[2-3]Hz内都具有良好的减振效果。因为人行荷载频率与加速度是一个模糊的范围,为了更好的对结构进行减振控制,引入模糊控制对结构进行减振分析。选取合适的加速度、位移与TMD质量块的变化范围,输入到模糊逻辑控制器里,并对结构进行模糊控制减振研究。可知添加模糊控制器后,桥梁的竖向加速度响应一直控制在规范允许的范围内,模糊控制能够确保结构的舒适度与安全性。
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