多塔連廊人行荷載TMD 舒適度減振控制

聶竹林 楊 強 俞澤涯 曹井生

（廣州大學土木工程學院，廣東 廣州510006）

多塔連體結構中的連廊[1]一直是設計中的關鍵難點?？罩羞B廊的主振型的自振頻率在人行走跳躍的步頻范圍內時，會引起連廊發生共振現象，高空連廊上行走的人極易產生恐慌或不適，因此需對高空連廊進行舒適度驗算以及對不滿足的連廊進行減振控制?！督ㄖ巧w結構振動舒適度技術規范》規定室外天橋連廊加速度限值為0.5m/s2，室內天橋連廊加速度[2]限值為0.15m/s2，本工程在設計時對連廊的加速度限值取0.15m/s2。

圖1 5 個連廊1 階豎向振型

1 工程概況

以珠海橫琴的鐵建廣場大底盤4 塔結構為研究背景，塔1和塔2 之間為1 號連廊，長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 號連廊（上），2 號連廊（下），長度均為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 號連廊（上），3 號連廊（下），上面的連廊長度為23.4m，面積為201.84m2，一階豎向頻率為2.6Hz，下面的連廊長度為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在連廊跨中及邊緣。圖1 為4 個連廊的1 屆豎向振型，圖2 為多塔連體結構三維模型及5 個高空連廊俯視圖。

2 人行荷載動力響應分析

通常情況下，人的各種不同活動行為都具有不同的頻率范圍。實驗統計得到的人的步行頻率大約介于1.5～3.0Hz，在設計規范中采用單人移動點的簡諧共振荷載激勵下進行動力響應分析評估人致振動是最常用的方法。參考已有文獻[3]的分析方法每間隔0.2Hz 設置1 個分析工況，單人質量取0.7kN，每個連廊的加速度提取點如圖2 所示。圖3 為每個接近主振頻率工況下連廊所有加速度提取點的無控加速度峰值，可以看出，除了3 號連廊(上)外，其他連廊在人步頻接近連廊豎向自振頻率時，均產生了超過人體舒適度限值的加速度，最大達到0.575m/s2。因此，針對不滿足舒適度的部分工況，擬采用調頻質量阻尼器TMD 對該連廊實施豎向減振控制，以期達到符合人致振動舒適度的限值要求。

圖2 多塔連體結構三維模型及5 個高空連廊俯視圖

圖3 5 個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作用下，設置TMD 系統在鋼桁架梁上時，經優化分析，當TMD 系統達到表1 中參數時，在人行荷載作用下樓板能達到最優的減振效果。連廊結構不同節點豎向振動加速度峰值響應及其減振效果見圖4 和圖5。

表1 TMD 參數設計

設置TMD 系統后，連廊在人群運動激勵荷載作用下，結構各節點的加速度響應大幅下降，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程曲線也可以很明顯的看出TMD 系統發揮了優秀的減振效果。1 號連廊最大減振效果達到65.67%，2 號連廊(上) 最大減振效果達到72.42%，2 號連廊(下)最大減振效果達到92.18%，3 號連廊(下)最大減振效果達到80.00%。

圖4 5 個連廊主頻率工況有控加速度峰值

圖5 4 個連廊無控和有控加速度時程曲線

4 結論

多塔連體結構的連廊在隨機人行荷載作用下，其最大豎向峰值加速度不滿足限值0.15m/s2的要求。安裝TMD 減振系統后，發揮了優秀的減振效果，顯著有效的抑制了樓板在人群隨機荷載作用下和跳躍荷載作用下的振動響應，使該樓板在一般人群隨機荷載工況下的豎向振動峰值加速度響應均滿足規范限值要求。