多塔连廊人行荷载TMD 舒适度减振控制

2020-09-04聂竹林俞泽涯曹井生

科学技术创新 2020年26期

聂竹林杨强俞泽涯曹井生

（广州大学土木工程学院，广东广州510006）

多塔连体结构中的连廊[1]一直是设计中的关键难点。空中连廊的主振型的自振频率在人行走跳跃的步频范围内时，会引起连廊发生共振现象，高空连廊上行走的人极易产生恐慌或不适，因此需对高空连廊进行舒适度验算以及对不满足的连廊进行减振控制。《建筑楼盖结构振动舒适度技术规范》规定室外天桥连廊加速度限值为0.5m/s2，室内天桥连廊加速度[2]限值为0.15m/s2，本工程在设计时对连廊的加速度限值取0.15m/s2。

图1 5 个连廊1 阶竖向振型

1 工程概况

以珠海横琴的铁建广场大底盘4 塔结构为研究背景，塔1和塔2 之间为1 号连廊，长14m，面积为398.4m2,1 阶竖向振型频率为3.2Hz；塔2 和塔3 之间为2 号连廊（上），2 号连廊（下），长度均为15m，上面的连廊面积为269m2，一阶竖向频率为1.8 Hz，下面的连廊面积为265m2，一阶竖向频率为3.0 Hz；塔3 和塔4 之间为3 号连廊（上），3 号连廊（下），上面的连廊长度为23.4m，面积为201.84m2，一阶竖向频率为2.6Hz，下面的连廊长度为15m，面积为265m2，一阶竖向频率为2.9Hz。振型变形最大的位置均出现在连廊跨中及边缘。图1 为4 个连廊的1 届竖向振型，图2 为多塔连体结构三维模型及5 个高空连廊俯视图。

2 人行荷载动力响应分析

通常情况下，人的各种不同活动行为都具有不同的频率范围。实验统计得到的人的步行频率大约介于1.5～3.0Hz，在设计规范中采用单人移动点的简谐共振荷载激励下进行动力响应分析评估人致振动是最常用的方法。参考已有文献[3]的分析方法每间隔0.2Hz 设置1 个分析工况，单人质量取0.7kN，每个连廊的加速度提取点如图2 所示。图3 为每个接近主振频率工况下连廊所有加速度提取点的无控加速度峰值，可以看出，除了3 号连廊(上)外，其他连廊在人步频接近连廊竖向自振频率时，均产生了超过人体舒适度限值的加速度，最大达到0.575m/s2。因此，针对不满足舒适度的部分工况，拟采用调频质量阻尼器TMD 对该连廊实施竖向减振控制，以期达到符合人致振动舒适度的限值要求。

图2 多塔连体结构三维模型及5 个高空连廊俯视图

图3 5 个连廊主频率工况无控加速度峰值

3 TMD 减振分析

在不同人行荷载激励作用下，设置TMD 系统在钢桁架梁上时，经优化分析，当TMD 系统达到表1 中参数时，在人行荷载作用下楼板能达到最优的减振效果。连廊结构不同节点竖向振动加速度峰值响应及其减振效果见图4 和图5。

表1 TMD 参数设计

设置TMD 系统后，连廊在人群运动激励荷载作用下，结构各节点的加速度响应大幅下降，峰值加速度值在所有工况荷载作用下均小于限值0.15m/s2，加速度无控和有控时程曲线也可以很明显的看出TMD 系统发挥了优秀的减振效果。1 号连廊最大减振效果达到65.67%，2 号连廊(上) 最大减振效果达到72.42%，2 号连廊(下)最大减振效果达到92.18%，3 号连廊(下)最大减振效果达到80.00%。