多塔連廊人行荷載TMD 舒適度減振控制

聶竹林 楊 強(qiáng) 俞澤涯 曹井生

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州510006）

多塔連體結(jié)構(gòu)中的連廊[1]一直是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵難點(diǎn)。空中連廊的主振型的自振頻率在人行走跳躍的步頻范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)引起連廊發(fā)生共振現(xiàn)象，高空連廊上行走的人極易產(chǎn)生恐慌或不適，因此需對(duì)高空連廊進(jìn)行舒適度驗(yàn)算以及對(duì)不滿足的連廊進(jìn)行減振控制。《建筑樓蓋結(jié)構(gòu)振動(dòng)舒適度技術(shù)規(guī)范》規(guī)定室外天橋連廊加速度限值為0.5m/s2，室內(nèi)天橋連廊加速度[2]限值為0.15m/s2，本工程在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)連廊的加速度限值取0.15m/s2。

圖1 5 個(gè)連廊1 階豎向振型

1 工程概況

以珠海橫琴的鐵建廣場(chǎng)大底盤4 塔結(jié)構(gòu)為研究背景，塔1和塔2 之間為1 號(hào)連廊，長(zhǎng)14m，面積為398.4m2,1 階豎向振型頻率為3.2Hz；塔2 和塔3 之間為2 號(hào)連廊（上），2 號(hào)連廊（下），長(zhǎng)度均為15m，上面的連廊面積為269m2，一階豎向頻率為1.8 Hz，下面的連廊面積為265m2，一階豎向頻率為3.0 Hz；塔3 和塔4 之間為3 號(hào)連廊（上），3 號(hào)連廊（下），上面的連廊長(zhǎng)度為23.4m，面積為201.84m2，一階豎向頻率為2.6Hz，下面的連廊長(zhǎng)度為15m，面積為265m2，一階豎向頻率為2.9Hz。振型變形最大的位置均出現(xiàn)在連廊跨中及邊緣。圖1 為4 個(gè)連廊的1 屆豎向振型，圖2 為多塔連體結(jié)構(gòu)三維模型及5 個(gè)高空連廊俯視圖。

2 人行荷載動(dòng)力響應(yīng)分析

通常情況下，人的各種不同活動(dòng)行為都具有不同的頻率范圍。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到的人的步行頻率大約介于1.5～3.0Hz，在設(shè)計(jì)規(guī)范中采用單人移動(dòng)點(diǎn)的簡(jiǎn)諧共振荷載激勵(lì)下進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析評(píng)估人致振動(dòng)是最常用的方法。參考已有文獻(xiàn)[3]的分析方法每間隔0.2Hz 設(shè)置1 個(gè)分析工況，單人質(zhì)量取0.7kN，每個(gè)連廊的加速度提取點(diǎn)如圖2 所示。圖3 為每個(gè)接近主振頻率工況下連廊所有加速度提取點(diǎn)的無控加速度峰值，可以看出，除了3 號(hào)連廊(上)外，其他連廊在人步頻接近連廊豎向自振頻率時(shí)，均產(chǎn)生了超過人體舒適度限值的加速度，最大達(dá)到0.575m/s2。因此，針對(duì)不滿足舒適度的部分工況，擬采用調(diào)頻質(zhì)量阻尼器TMD 對(duì)該連廊實(shí)施豎向減振控制，以期達(dá)到符合人致振動(dòng)舒適度的限值要求。

圖2 多塔連體結(jié)構(gòu)三維模型及5 個(gè)高空連廊俯視圖

圖3 5 個(gè)連廊主頻率工況無控加速度峰值

3 TMD 減振分析

在不同人行荷載激勵(lì)作用下，設(shè)置TMD 系統(tǒng)在鋼桁架梁上時(shí)，經(jīng)優(yōu)化分析，當(dāng)TMD 系統(tǒng)達(dá)到表1 中參數(shù)時(shí)，在人行荷載作用下樓板能達(dá)到最優(yōu)的減振效果。連廊結(jié)構(gòu)不同節(jié)點(diǎn)豎向振動(dòng)加速度峰值響應(yīng)及其減振效果見圖4 和圖5。

表1 TMD 參數(shù)設(shè)計(jì)

設(shè)置TMD 系統(tǒng)后，連廊在人群運(yùn)動(dòng)激勵(lì)荷載作用下，結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的加速度響應(yīng)大幅下降，峰值加速度值在所有工況荷載作用下均小于限值0.15m/s2，加速度無控和有控時(shí)程曲線也可以很明顯的看出TMD 系統(tǒng)發(fā)揮了優(yōu)秀的減振效果。1 號(hào)連廊最大減振效果達(dá)到65.67%，2 號(hào)連廊(上) 最大減振效果達(dá)到72.42%，2 號(hào)連廊(下)最大減振效果達(dá)到92.18%，3 號(hào)連廊(下)最大減振效果達(dá)到80.00%。

圖4 5 個(gè)連廊主頻率工況有控加速度峰值

圖5 4 個(gè)連廊無控和有控加速度時(shí)程曲線

4 結(jié)論

多塔連體結(jié)構(gòu)的連廊在隨機(jī)人行荷載作用下，其最大豎向峰值加速度不滿足限值0.15m/s2的要求。安裝TMD 減振系統(tǒng)后，發(fā)揮了優(yōu)秀的減振效果，顯著有效的抑制了樓板在人群隨機(jī)荷載作用下和跳躍荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，使該樓板在一般人群隨機(jī)荷載工況下的豎向振動(dòng)峰值加速度響應(yīng)均滿足規(guī)范限值要求。