工程结构基于性能的抗震设计方法研究

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1、工程结构基于性能的抗震设计方法研究-结构理论[摘要]本文通过对工程人致振动、结构工程的设计等文献资料的阅读与研究，对其进行总结和归纳，作为本文的理论基础，并以结构单元模拟进行特征值分析，进行分析与比较，再以类似模型为基础，进行工程的高、宽以及截面的大小与侧向和竖向频率的影响关系，并采取相应的减振措施，对于减振措施提出了一系列建议，给以后相似的工程建设提供参考意见。[关键词]工程结构；抗震；设计方法随着国民经济的飞速发展，国家交通事业也随之不断进步，城市交通网络的不断发展使城市工程、景观工程也日益增多。近些年来，工程不断向“轻”、“新”二字的发展方

2、向建设，采取新颖的结构形式，使用轻型建筑材料，促进工程不断向轻柔、大跨、空间结构的方向发展。但是随着工程的质量的降低、阻尼的减小，其自振频率也不断减小，使结构对人行荷载激励越来越敏感，容易产生工程共振现象，这种工程振动工程上行人的走行舒适度具有严重的影响，甚至使行人产生心理恐慌。工程的人致振动问题越来越引起关注。行人引起的工程振动主要有两种，即竖向振动和侧向振动。由于近几十年工程才得到快速发展，在前些年，工程的侧向振动问题没有凸显，工程界也一直没有引起足够的重视。直到近些年，发生了一些行人造成的工程侧向振动使用性问题，工程侧向振动问题才逐渐引起工

3、程界的关注。　　1工程人行荷载步行力测量　　测量单人的步行力是很多学科研究的内容，主要是通过大量的行人在测力台上或者走步机等相似的仪器上行走试验研究，记录行人的步行力的动荷载时程曲线，并对此时程曲线进行分析出其参数特征。最开始对于单人步行力的研究不仅仅是为了研究工程振动，主要还是为研究大型商场和大型体育场看台中人群产生荷载下的结构动力性能，一般采用固定于地面的侧力台或走步机对单人步行力作为测量，如Harper等（1961）最早用测力台测量单人步行力的竖向力和水平力，后来Andriacchi则利用测力板测量单人步行力在三个分量上的时程曲线，而针对于

4、除正常行走其他的行走情况，Galbraith&Barton（1970）将慢跑到跑步各个状态下的单人步行力的竖向力利用了测力台进行相应的测试，得出了相关结论。　　Jacobs（1972）在楼板上测量出单人的步行竖向力，Kerr&Bishop研究轻型楼梯的人致振动时，采用了测力台对单步竖向力进行了测试。测量其他的运动，比如跑步、跳跃等产生的激励和测量步行力的方法一致，同样是采用测力台进行。由于步行力荷载的复杂性和对很多因素的依赖性，不同的学者在各自的步行力测试中都取得不同的研究成果，但是往往测步行力试验都是针对于步行力竖向分量的测量，对于侧向步行力分

5、量的测量的研究比较少，这也是因为大部分的人致振动都是由竖向振动引起的。　　2各国现行抗震设计规范　　2.1BS5400　　英国规范BS5400适用于工程的设计和施工，是最早提到工程振动使用性问题的规范之一。BS5400的每一部分都有相应的BD规范辅助实现。在工程的设计方面，目前主要有两套BD规范。其中BD29/04规范对工程的设计标准进行了规定，BD37/01规范对作用于工程的荷载进行了规定。BD29/04规范从工程的设计标准方面着手，要求设计者充分意识到工程对人行荷载的敏感性。特别是发生人群同步现象时，更应该认真考虑。当工程的竖向固有频率低于5

6、Hz，而侧向固有频率又低于1.5Hz时，在人群同步荷载的作用下，其振动问题尤为突出。此规范并没有给出侧向最大加速度的计算方法。　　2.2欧洲规范　　欧洲规范EN1990以工程结构设计为基础，规定以可接受的工程最大加速度来确定行人舒适性指标EN1990Eurocodel中的第2部分定义了公路工程、桥梁工程和铁路工程设计时的荷载模型。规定：工程主跨结构根据结构的动力特性，即相应固有频率的不同，应采用不同适当的结构模型。另外人行荷载频率如果与工程的某阶频率相同，导致共振响应时，应验证共振时的极限振动状态。最后Eurocodel指出设计时应该定义合适的人

7、行荷载动力模型，以及相应的舒适度指标。　　2.3Bro2004　　Bro2004为瑞典国家道路管理部门颁布用于工程设计施工的通用技术规范。规定工程竖向的固有频率应该大于3.5Hz，否则需验证其振动适用性。如果竖向的固有频率小于或等于3.5Hz，工程任意位置竖向加速度的平方根RMSα≤0.5m/s2。Bro2004对于工程竖向加速度可通过简化的单自由度动力分析方法求解。对于复杂的工程，需采用电脑编程分析求解。　　2.4德国规范EN03　　德国工程设计指南EN03吸收了2000年以来的新的研究成果，采取工程自振频率与行人承受的峰值加速度限值相结合的方

8、法规定舒适度等级。按照这一方法，动力设计应首先验算工程自振频率是否在竖向1.25～2.3Hz、侧向0.5～1.2Hz的振动敏感频率范围之