跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法
【专利摘要】本发明涉及一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，该方法包括：(1)采集大量单人跳跃荷载曲线，形成实测跳跃荷载数据库；(2)对实测跳跃荷载数据进行归一化处理后输入标准激励系统，进行时程分析，计算获得实测跳跃荷载的加速度反应谱；(3)以测试者为对象进行分类，以测试者反应谱的外包络线为代表曲线，进行统计、拟合，构建完整的设计反应谱的分段函数表达式；(4)利用设计反应谱，计算跳跃荷载下楼盖结构每一阶振型的动力响应，按照平方和开平方法组合各阶动力响应，最终得到楼盖动力响应。与现有技术相比，本发明能够快速并较为准确地估算跳跃荷载下楼盖结构的加速度响应。
【专利说明】跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑结构【技术领域】，尤其是涉及一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方 法。
【背景技术】
[0002] 伴随使用者对开敞式建筑空间的极致追求以及高强材料、新型施工技术与先进设 计方法的应用，大跨度楼盖结构越来越多地出现在车站及体育设施等大型公共建筑中。由 于使用者的行走、跳跃等行为而造成的大大跨度楼盖等结构的振动舒适度问题，在车站、体 育馆、演艺中心以及购物中心等大型公共建筑的设计中日益受到重视。动力响应是舒适度 评价的重要指标，在设计阶段，由于存在方案频繁变更的现实问题，如何快速有效地计算大 跨楼盖结构的动力响应显得尤为重要。从某种意义上讲，大跨度、轻柔结构振动舒适度问题 正逐步成为大跨楼盖结构设计的控制准则。
[0003] 大跨结构的人致激励振动问题主要包括输入（人行荷载）、传递路径（结构动力 特性）和接收者（振动响应）三个要素。振动响应分析方法一般可以分为两大类：时域分 析和频域分析。目前主要通过有限元时程积分法或简化方法计算人致激励下的结构响应。 有限元法虽能准确计算给定荷载下振动响应，但由于人行荷载的随机性以及荷载施加困难 性，因此难以推广为快速高效的计算方法。而简化方法对比与实测结果，基本存在一些问 题，如荷载模型不准确、计算假定不合理、结构模型太简化等。
[0004] 反应谱方法是另外一种计算结构峰值动力响应的常用方法，广泛应用于结构抗震 分析中，具有快速、准确的特点，近年来也开始用于大跨结构人致振动峰值响应计算。然而 以往的研究结果大都基于数值模型式有限的实验资料，所给出的反应谱曲线缺少物理意 义，同时也缺少与实测结构响应的对比。因此，建立一种可靠的大跨楼盖结构动力响应计算 方法具有非常迫切的现实需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精确度高、结果 更加合理的跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，该方法包括：
[0008] (1)跳跃荷载数据库建立步骤：采集大量单人跳跃荷载曲线，形成实测跳跃荷载 数据库；
[0009] (2)加速度反应谱获取步骤：对实测跳跃荷载数据进行归一化处理后输入标准激 励系统，进行时程分析，计算获得实测跳跃荷载的加速度反应谱；
[0010] (3)设计反应谱分段函数构建步骤：以测试者为对象进行分类，以测试者反应谱 的外包络线为代表曲线，进行统计、拟合，构建完整的设计反应谱的分段函数表达式，所述 设计反应谱具有"两平台段"的曲线形式，其表达式如下：
[0011]
[0012] 其中，
【权利要求】
1. 一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，其特征在于，该方法包括： (1) 跳跃荷载数据库建立步骤：采集大量单人跳跃荷载曲线，形成实测跳跃荷载数据 库； (2) 加速度反应谱获取步骤：对实测跳跃荷载数据进行归一化处理后输入标准激励系 统，进行时程分析，计算获得实测跳跃荷载的加速度反应谱； (3) 设计反应谱分段函数构建步骤：以测试者为对象进行分类，以测试者反应谱的外 包络线为代表曲线，进行统计、拟合，构建完整的设计反应谱的分段函数表达式，所述设计 反应谱具有"两平台段"的曲线形式，其表达式如下：
其中，
为10s加速度均方根反应谱数值,f为楼盖结构自振频率,单位为Hz ; ξ为楼盖结构的阻尼比；P为加速度响应对应的保证率
分别对应反应谱第一、 第二平台段取值； (4) 楼盖结构动力响应获取步骤：利用设计反应谱，计算跳跃荷载下楼盖结构每一阶 振型的动力响应，按照平方和开平方法组合各阶动力响应，最终得到楼盖动力响应。
2. 根据权利要求1所述的一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，其特征在于，所述 的步骤（1)具体为：利用三向固定测力板和无线足底压力分布测量系统，完成多人多种频 率下的跳跃激励实验，记录每次实验下单人跳跃荷载曲线，建立跳跃荷载曲线数据库。
3. 根据权利要求1所述的一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，其特征在于，所述 的步骤（2)中，计算的加速度反应谱包括10s加速度均方根值反应谱。
4. 根据权利要求1所述的一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，其特征在于，所述 的步骤（3)中，
的取值通过以下公式计算：
5. 根据权利要求1所述的一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，其特征在于，所述 的步骤（4)中，跳跃荷载下楼盖结构每一阶振型的动力响应为：
其中，,msl(ls为计算第i阶振型对应的10s加速度均方根值响应，Φ i,为楼盖第i 阶振型时跳跃点振型值，为check点振型值；ai,Mf = G/X为参考加速度，G为行人 体重，单位N，Mi为楼盖第i阶振型质量。
6.根据权利要求5所述的一种跳跃荷载下楼盖振动响应计算方法，其特征在于，所述 的楼盖振动响应计算公式为：
【文档编号】G06F19/00GK104112071SQ201410335925
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】陈隽, 李果, 徐若天 申请人:同济大学