基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验方法，该方法包括：(1)采集大量单人步行荷载曲线，形成实测步行荷载数据库；(2)对实测步行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，计算获得实测步行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，计算步行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步行荷载下楼盖结构的加速度响应。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑结构【技术领域】，尤其是涉及一种基于设计反应谱的步行荷载下楼 盖结构动力响应试验方法。 基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验方法
【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，如步行荷载模型不准确、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 更加合理的基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验方法。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验方法，该方法包括：
[0008] (1)步行荷载数据库建立步骤：采集大量单人步行荷载曲线，形成实测步行荷载 数据库；
[0009] (2)加速度反应谱获取步骤：对实测步行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，计算获得实测步行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；
[0011] (4)楼盖结构动力响应获取步骤：利用设计反应谱，计算步行荷载下楼盖结构每 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。
[0012] 所述的步骤（1)具体为：利用三维动作捕捉技术结合固定测力板，完成多人次多 种步频下的步行激励实验，记录每次实验下单人步行荷载曲线，建立步行荷载曲线的数据 库。
[0013] 所述的步骤（2)中，计算的加速度反应谱包括加速度峰值反应谱和10s加速度方 根值反应谱。
[0014] 所述的步骤（3)中，设计反应谱具有"两平台段一下降段"的曲线形式，其分段函 数表达式为：
【权利要求】
1. 一种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验方法，其特征在于，该方 法包括： (1) 步行荷载数据库建立步骤：采集大量单人步行荷载曲线，形成实测步行荷载数据 库； (2) 加速度反应谱获取步骤：对实测步行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，计算获得实测步行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； (4) 楼盖结构动力响应获取步骤：利用设计反应谱，计算步行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所述的一种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验 方法，其特征在于，所述的步骤（1)具体为：利用三维动作捕捉技术结合固定测力板，完成 多人次多种步频下的步行激励实验，记录每次实验下单人步行荷载曲线，建立步行荷载曲 线的数据库。
3. 根据权利要求1所述的一种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验 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加速度峰值反应谱和10s 加速度方根值反应谱。
4. 根据权利要求1所述的一种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验 方法，其特征在于，所述的步骤（3)中，设计反应谱具有"两平台段一下降段"的曲线形式， 其分段函数表达式为 ： 其中，f为楼盖结构自振频率，单
位为Ηζ; ξ为楼盖结构的阻尼比；P为加速度响应对 应的保证率
>别对应反应谱第一、第二平台段取值；a (f，ξ，Ρ)为l〇s加速度 均方根反应谱数值。
5. 根据权利要求4所述的一种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验 方法，其特征在于，所述的步骤（4)中，步行荷载下楼盖结构每一阶振型的动力响应为： ajk, rms -打小 wjk 小 jkajkref α (f，ζ，P) 其中，a^ms为第（j，k)阶振型对应的10s加速度均方根值响应，为行走路线上对 应的第（j，k)阶振型最大值；为板上响应验算点处（j，k)阶振型值；a#ef = 为参 考加速度，G为行人体重，单位N, Mjk为楼盖（j, k)阶振型质量；η = 1-θ(κι_1?,为楼盖跨度 影响因子，L为楼盖计算跨度。
6. 根据权利要求5所述的一种基于设计反应谱的步行荷载下楼盖结构动力响应试验 方法，其特征在于，所述的楼盖的动力响应为：
【文档编号】G01M7/02GK104101472SQ201410336360
【公开日】2014年10月15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, 徐若天 申请人:同济大学