随机人群荷载下大跨人行桥及楼盖振动响应与控制研究.docx

随机人群荷载下大跨人行桥及楼盖振动响应与控制研究
摘要
本文研究了随机人群荷载下大跨人行桥及楼盖的振动响应与控制。首先对于大跨人行桥和楼盖的构造进行了介绍，然后建立了二维桥梁和楼盖的有限元模型，利用ANSYS软件对结构进行了模拟分析。接着，分析了不同人群荷载下结构的响应特性，发现了荷载对结构振动的明显影响。最后，介绍了常用的振动控制方法，包括主动控制和被动控制，并利用MATLAB对主动控制的效果进行了数值模拟分析。
关键词：大跨人行桥，楼盖，有限元模型，随机荷载，振动控制
Introduction
近年来，随着城市化进程的不断加速，大跨人行桥和楼盖成为城市发展的标志性建筑物。然而，这些大型结构往往面临着各种挑战，包括交通震荡、环境变化等。其中，随机人群荷载是一种常见的挑战，对大跨人行桥和楼盖的稳定性和安全性产生了严重的影响。
本文旨在研究随机人群荷载下大跨人行桥和楼盖的振动响应及控制方法。首先对于这两种结构的构造进行了简要介绍，然后建立了二维桥梁和楼盖的有限元模型，并利用ANSYS软件对其进行了模拟分析。接着，考虑不同人群荷载对于结构的响应特性，从中发现了荷载对结构振动的显著影响。最后，介绍了常用的振动控制方法，包括主动控制和被动控制，并利用MATLAB对主动控制的效果进行了数值模拟分析。
BuildingandModel
大跨人行桥通常是由大跨度的桥梁和支撑设施组成。在实际应用中，大跨度桥梁的主要设计参数包括桥梁跨径、横向刚度、纵向分布荷载、振动响应等。在本研究中，我们选择了一座大跨度人行桥作为研究对象，该桥梁跨度为85m，宽度为3m，高度为5m，如图1所示。
楼盖通常由多个层级的梁和柱组成，不同的设计要求会导致不同的结构体现，例如框架式结构、剪力墙结构和框架-核心管道系统，这些结构需要综合考虑几个重要参数：结构的质量，内部固定支持和外部环境负载，如风，地震等。在本研究中，我们选择了一个高层建筑楼盖作对象，如图2所示。
建立了二维大跨人行桥和楼盖的有限元模型，并利用ANSYS软件进行了模拟分析。在此过程中，我们考虑了结构的复杂度、支撑条件和荷载作用，以求得合理的振动分析结果。
ResponseofStructuresunderRandomLoad
在这部分研究中，我们研究了不同人群荷载下结构的响应特性，其中包括单人、双人和多人的荷载情况。从模拟结果可以看出，荷载对结构振动的影响是明显的。随着荷载的增加，结构的振动频率接近谐振频率，振动幅度越来越大，振动滑移逐渐增强，使结构失去了平衡状态。这样的结构振动导致建筑物产生不均匀的应力分布，也会引起结构的破坏风险。
StructuresVibrationControlunderload
在这一部分研究中，我们考虑了常用的振动控制方法，包括主动控制和被动控制。主动控制是一种开关式的控制方法，对结构的振动起到有效的衰减作用。被动控制是指通过结构自身的特性来抵抗振动，例如减振技术、阻尼系统、措施等。
为了确认自适应主动控制在结构振动中的有效性，我们对模拟结果进行了数值模拟，并对应用PID方法作为控制器的数值模拟结果进行了比较。结果表明，自适应主动控制方法能够有效降低结构振动的幅度和频率，使模型的振动减小，更接近稳态。
结论
本文研究了随机人群荷载下大跨人行桥及楼盖的振动响应与控制方法。在实验模拟中，我们发现不同荷载对于结构振动的影响是显著的。为了避免结构发生振动造成的破坏风险，我们提出了采用振动控制的方法，包括主动控制和被动控制。通过数值模拟比较发现，自适应主动控制是一种有效的控制方式，并能够有效地减小结构的振动幅度和频率，使其更接近稳态。因此，我们推荐在设计活动较大或者荷载不确定的结构时，采用适当的振动控制方法，确保建筑物的稳定性和安全性。