随机行车荷载作用下混凝土楼盖舒适度分析.pdf

浙江建筑 ， 第 3 0卷 ， 第 3期 ， 2 0 1 3年 3月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ， V o 1 3 0， N o 3 ， Ma r 2 0 1 3 随机行 车荷载作用 下混凝土楼盖舒适度分析 Co mf o r t An a ly s is o f Co n c r e t e F l o o r u n d e r St o c h a s t ic Tr a ff i c L o a d 周德 泓 ， 吴剑 国 ， 陈瑞 生 ， 胡 明大 Zh o u De h o n g ，Wu J i a n g u o ，C h e n Ru i s h e n g ，Hu Mi n g d a ( 1 浙 江工业 大学 建筑工程学院 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 4； 2 浙江工业大学建筑 规划设计研 究院有限公司 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 1 4； 3 浙 江大学 建筑 工程学 院 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 2 7 ) 摘要 ： 采用 随机振动 的方法 ， 计算 了瑞 安客运中心工程混凝土楼盖 在随机行车荷 载作用 下 的振 动时程反 应 ， 并对 产生 的加 速度进行 了统计分析 。以国际上通用 的舒适 度评价指标 ： 频率计权均方根加速度和振动计量 VD V值 ， 评 价了该楼盖 的舒适性 ， 而 且分析 了不 同车辆荷载组合对楼 盖板舒 适性 的影响。 关键 词： 有 限元 ； A NS Y S ； 随机荷载 ； 加速度 ； 舒适性 中图分 类号 ： T U 9 7 3 1 2 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 3 ) 0 30 0 2 4 0 3 1 工程概况 某 客 运 中心 工程 为 多层 混 凝 土 结 构 ， 大 型 客 车 可 从地 面通 过坡 道 行驶 上 2楼停 车 场楼 盖 。楼 盖 主 要 柱 网 尺 寸 为 2 4 m x 2 4 m， 柱 距 为 3 I n x 3 1T I ， 见 图 1 。 混凝土楼盖在随机行车荷载 的作 用下会产生 舒适性 问题 ， 由于现场实测受外界因素 的影响大， 以 及实际施工时施工进 度与试验 计划很难 协调等原 因， 使得现 场实测 结果 的可 靠性 与 准确 性 大大 降 低 。有必要在设计 阶段使用 有 限元 软件对混凝 土楼 盖进 行振 动 响 应 的分 析 ， 并 采 用 合适 的评 价方 法和 评价 标 准对舒 适 性进 行评 价 。 行车 荷载 就是 典 型 的 随机 荷 载 ， 导致 楼 板 产 生 随机振 动 。随 着 计 算 力 学 的发 展 ， 有 限元 理 论 和 程序能较准确地求解随机振动响应 。现有舒适度的 评价方法分为两种 ： 基本评价方法和附加评价方法 。 基本评价方法的指标为频率计权 均方根加速度 ； 附 加评价方法 有 四次方 振动 计量 法 ， 其评 价 指标 为 V D V， 还 有 运 行 均 方 根 评 价 法 ， 其 评 价 指 标 为 M A T T 。当波峰因素小 于 9时 ， 一般情况下 ， 基 本评 价方法是有效的； 当波峰因素大于 9 ， 或者对基本评 收稿 日期 ： 2 0 1 21 1 0 5 作者简介 ： 周德泓 ( 1 9 8 8 ) ， 男 ， 浙江杭州人 ， 硕 士在读 。 图 1 车站整体 图 价 方法 有怀 疑 时 ， 需 要 对 附加 评 价 方 法 和 基 本 评 价 方 法 同时进 行评 价 。 本 文 采 用 频 率 计 权 均 方 根 加 速 度 ( r i n s ) 和 四次 方 振 动 计 量 值 ( V D V) 作 为 舒 适 度 的 评 价 指 标 ， 运用有 限元 分析软件 A N S Y S对某客运 中心 停 车站房 的大跨 度钢筋混凝土肋梁楼 盖进行 了有 限 元模态分析以及 瞬态分析 。利用模态 分析找 出楼 盖 的基频 ， 避免 发生 共振 破坏 ； 利用 瞬 态分析 ， 求 出楼盖在各种行 车荷 载组合下 的频率计 权均方 根 加速度 ( r i n s )， 对结构舒适度做 出评价 。 2 6 浙江建筑 2 0 1 3年第 3 O卷 3 2楼 盖板 模 态分析 经过模态分析 ， 得 到楼 盖板 的前 5阶模态 ， 见表 1 。 表 1前 5阶 频 率 SE T 1 2 3 4 5 T I ME F R E Q L O A D S T E P S U B S T E P C UMU L A T I V E 一 般慢速行驶的大客车在地面激振下 的频率为 2 5 Hz ， 在 发 动 机产 生 的 振动 下 的频 率 为 3 3 H z左 右 ， 可见楼 板 的 前 5阶频 率均 大 于 8 H z ， 远 小 于 3 3 H z ， 不会 发 生共振 ， 而 且 基 频 大 于 3 H z的满 足 舒 适度 要 求 。 3 3楼 盖 板加 速度 时程 分 析 本 次 时 程 分 析荷 载 为 客 车 满 载 时 的轮 压 ， 大 小 为 l 9 3 t ， 车身 尺寸 2 5 I n1 1 4 m， 分 4个作用点 加载在楼盖板上 ， 每个作用点分得 4 8 2 5 t 。考虑到 楼面不平整度 ， 移动荷载在楼盖板上成一定 幅度变 化， 经过对 现场 一块楼板 不平整度 实测 ， 其 变化见 图 5 ， 速度为 5 m s ， 从 2层楼板 的进 口加载 ， 分为 1 9 个载荷步 ， 每个载荷步分 5个子载荷步 ， 见图 6 。 0 l 2 3 4 t 图 5 汽车荷载变化谱 频率 Hz 图 6 I S O频 率 一加速度 曲线 荷 载 组合 包括 ： 一 辆车 在边 跨行 驶 ， 一辆 车 在 中 跨行驶 ， 两辆车首尾在边跨行驶 ， 两辆车首尾在中跨 行 驶 ， 两辆 车并 排 行驶 ， 5种情 况 。 当一辆车在中跨行驶时， 通过 A N S Y S的分 析和 后处 理 能够 得 到加 速 度 时 程 曲 线 ， 见 图 7 。通 过 式 ( 2 ) 、 式 ( 3 ) 能 够得 到频 率计 权 均方 根 加 速度 和 振 动 计量 V D V为 ： =9 3 3 mms =0 0 93 3 ms VDV ：2 0 2 7 8 mms 。 ” ：02 03 ms o 2 5 5 o 7 5 l o o 1 2 5 1 2 5 3 7 5 6 2 6 8 7 5 j 1 2 5 1 。1M E 图 7加速度 时程 曲线 N SEP 2 4 201 2 I 5： l l ： 05 根 据 国 际标 准 化 组 织 I S O 2 3 6 1 P A R T 2 ( 1 9 8 9 ) 对 18 0 H z 振动作用下建筑舒适 度的标 准曲线 以 及 相关 规定 可取 基本 曲线倍 数 为 3 2 ， 见 图 6 ， 得 最 大 均 方 根加 速度 为 0 2 5 1 m s 。因此满 足要 求 。 根据 英 国规 范 b s 6 4 7 21 9 8 7规定 ， 不管 振 动 时 间有多长 ， 如果 竖向振动的 V D V值低于 0 20 4 范 围 ， 那 么住 户 抱 怨 的可 能性 很 小 ， 因此 也 满 足 要 求 。各种情况下结构的 V D V值见表 2 。 表 2 B S 6 4 7 21 9 8 7 VDV 限值 表 ，y轴振 动 乘 数 Lm s m sVDV m S z轴振动 r m s m s VDVm s 一 同理可得 ， 其他车辆荷载组合下 的频率计权均 方根加速度和 V D V， 见表 3 。 ( 下 转 第 5 0页) O 7 1 4 7 1 4 O 8 2 8 0 4 6 7 3 O 0 2 2 81 0 O 0 O O O O O O O O 砌 8 4 4罐 珈 j1_1 v A 。 加 l l 1 l l O O O O O 眦 ， 覃f嚣 5 0 浙江建筑 2 0 1 3年第 3 0卷 单根 9 m长的锚索极限抗拔力大于或等于 1 4 0 k N。 ( 9 ) 锚索施工需 由专业施工及设计单位结 合实 际工 程情 况及施 工 经验 提 出具 体 的施 工 方 案 ， 应 征 得专 利权 人 同意后 ， 方 可实 施 。 ( 1 0 ) 锚 索 应 采 用 逐 层 回收 方 式 。须 先 对 围护 墙体 与侧 墙之 间 进 行 土 方 回填 ， 土 方 回填 至 最 下 层 锚索 以下 0 2 m， 回填土采用素土 回填且压实， 然后 方 可进行 最 下层锚 索 回收 。按此 方式 逐层 回填 土 方 与锚索拔除 。 ( 1 1 ) 1 8 m长锚索每排选 3根进行轴力监测 。 4 结 语 丽 晶国际中心工程 ， 采用可拆除式预应力锚索 在 围护形式 中配合 围护桩使用 ， 对于提高 围护桩的 抗 侧 压能 力有很 大 帮 助 ， 该 项技 术效 果显 著 ， 保证 了 场 地狭 小 区域 深基 坑施 工顺 利 实施 。 ( 上接 第 2 6页) 表 3结 果 汇 总表 4 结 语 运用均方根加速度来评价结构舒适度是一种十 分 有效 的方 法 ， 经 过 此 次 A N S Y S有 限元 软 件 分 析 ， 该 混凝 土楼 盖板 的舒 适 性满 足要 求 。根 据规 范要 求 验算了 V D V a T了， 5种 荷载 组合 下， 该 值均 小于 1 7 5， 因此基 本评 价 方法 没有 低估 振 动 的影 响 ， 振 动 的 波峰 因素 、 偶然 性 冲击 和 瞬 态 振 动 对 结 构 的影 响 较 小 ， 可 以只用 基本 评 价 方 法 和 频 率 计 权 均 方 根加 速 度来 评价 舒适 度 。 从 分 析 中 可 以看 出 ， 车 辆 在 首 尾行 驶 时 比并 列 行驶时对楼盖的舒适性影响大。行驶车辆数 目相同 时 ， 在边跨行驶时 比在 中跨行驶时对楼盖 的舒适性 影 响 大 。 参 考 文 献 徐蓉 ， 贺明华 混凝土结构施工过程的数值模拟 分析 J 结构 工程师 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 4 41 4 8 陆春华 ， 金伟 良， 宋 志刚 基 于振动舒 适度 要求 的混凝 土楼板 自振频率分析 J 建筑科 学 ， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 4 3 4 6 G r i 侬n MJ H a n d b o o k o f Hu m a n V i b r a t i o n M L o n d o n ：A c a d e mi c P r e s s， 1 9 9 4： 3 5 33 5 5 高利 ， 陈卫杰 ， 吴绍斌 ， 等 G B T1 3 4 4 1 1 2 0 0 7机械振动 与冲 击人体暴露于全 身振 动 的评价 S 北京 ： 机械 工业 出版 社 ， 2 0 0 7 宋志 刚 基 于烦恼 率模 型的工程 结构振 动舒适 度设 计新 理论 D 杭州 ： 浙江大学建筑工程学 院， 2 0 0 3 i