滕　軍， 李祚華 ， 幸厚冰， 葉立漁, 傅繼陽(yáng), 錢永梅, 吳玖榮

(1.福建工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，福州　350108；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 深圳研究生院，廣東 深圳　518055；3.廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣州　510006；4. 吉林建筑大學(xué) 土木學(xué)院，長(zhǎng)春　130118)

大跨樓板結(jié)構(gòu)的車致豎向振動(dòng)控制

滕軍1, 2， 李祚華2， 幸厚冰2， 葉立漁2, 傅繼陽(yáng)3, 錢永梅4, 吳玖榮3

(1.福建工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，福州350108；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 深圳研究生院，廣東 深圳518055；3.廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣州510006；4. 吉林建筑大學(xué) 土木學(xué)院，長(zhǎng)春130118)

為解決地下停車場(chǎng)內(nèi)車輛通過(guò)減速帶致使上部樓層豎向振動(dòng)不滿足舒適度要求的問題，提出一種用于樓板結(jié)構(gòu)的車致豎向振動(dòng)控制的減振裝置。基于被控結(jié)構(gòu)-減振帶-車輛的一體化有限元模型，以樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度幅值及車輛荷載幅值為指標(biāo)，對(duì)減振帶進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化分析，并通過(guò)實(shí)地實(shí)測(cè)驗(yàn)證了所選參數(shù)的合理性與減振帶的有效性。

樓板結(jié)構(gòu)；車輛荷載；減速帶；舒適度

減速帶是一種安裝在車輛行駛的路面以提醒司機(jī)減速行駛的裝置。由于常規(guī)減速帶參數(shù)一定，當(dāng)車輛以較快速度經(jīng)過(guò)減速帶時(shí)會(huì)對(duì)地面或樓面及其鄰近物體產(chǎn)生較大的沖擊荷載[1]。未經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的建筑物(如大型商場(chǎng)及其地下停車場(chǎng))在該荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，以致其振動(dòng)加速度較大而不滿足相關(guān)規(guī)范[2]的舒適度要求，針對(duì)該問題需進(jìn)行專項(xiàng)控制設(shè)計(jì)。

目前，有關(guān)樓板或屋蓋豎向振動(dòng)舒適度方面的研究較多。宋志剛[3]結(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、可靠度理論及心理物理學(xué)提出了基于煩惱率的結(jié)構(gòu)振動(dòng)舒適度設(shè)計(jì)理論模型，使工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)舒適度的設(shè)計(jì)方法由原來(lái)的半定量設(shè)計(jì)階段過(guò)渡到定量設(shè)計(jì)、可靠度設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。何浩祥等[4]基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5982的豎向人體動(dòng)力模型建立了具有非經(jīng)典阻尼的人與結(jié)構(gòu)耦合運(yùn)動(dòng)方程，同時(shí)提出了由小波包變化求頻帶能量及評(píng)價(jià)人體舒適度的方法?；谳p型軌道附近七層住宅的分析結(jié)果表明，對(duì)于一般質(zhì)量和剛度分布均勻的結(jié)構(gòu)，隨著人數(shù)的增加，結(jié)構(gòu)振動(dòng)效果越明顯；隨著樓層的增加，結(jié)構(gòu)振動(dòng)和人體舒適度均減低；環(huán)境振動(dòng)下坐姿人體反應(yīng)最為顯著，而立姿人體次之。朱鳴等[5]校核了某實(shí)際大跨鋼結(jié)構(gòu)樓蓋的豎向振動(dòng)舒適度，并采用多點(diǎn)TMD-黏滯流體阻尼器效能減振系統(tǒng)進(jìn)行改善，基于有限元模型及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明該消能減振系統(tǒng)能在一定程度改善大跨度樓蓋的豎向振動(dòng)舒適度，可以在類似大跨樓蓋結(jié)構(gòu)中推廣。丁潔民等[6]將實(shí)測(cè)地面振動(dòng)加速度輸入到上海地鐵附近某擬建建筑的有限元模型中，并對(duì)比分析了基于煩惱率的舒適度分析結(jié)果和基于振動(dòng)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果，算例分析結(jié)果表明兩者基本一致，而前者具有更定量化的特點(diǎn)。李愛群等[7]針對(duì)大跨樓蓋的舒適度問題，利用多個(gè)TMD裝置對(duì)超過(guò)人體舒適度的建筑物進(jìn)行減振處理，使結(jié)構(gòu)樓蓋振動(dòng)舒適度滿足要求。黃鍵等[8]基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，針對(duì)有節(jié)奏運(yùn)動(dòng)提出了舒適度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理推導(dǎo)了振動(dòng)加速度的計(jì)算公式，對(duì)樓板振動(dòng)計(jì)算的荷載取值、分析工況進(jìn)行了詳細(xì)闡述，可為有節(jié)奏運(yùn)動(dòng)作用下的樓板振動(dòng)舒適度設(shè)計(jì)提供參考。呂佐超等[9]針對(duì)健身房樓板振動(dòng)過(guò)大問題，在次梁和主梁下翼緣貼鋼板使樓板振動(dòng)加速度滿足舒適度要求。趙娜[10]建立了實(shí)際地鐵車輛段大平臺(tái)-上部住宅的有限元模型，計(jì)算了該模型在實(shí)測(cè)加速度激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并評(píng)價(jià)了上蓋建筑的振動(dòng)舒適度，最后采用了合理可行的減振措施并進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證。

由以上研究可知，一般樓板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制是通過(guò)改變被控結(jié)構(gòu)的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但不適用于持時(shí)較短荷載導(dǎo)致樓板振動(dòng)較大的情況。由耗能元件的滯回曲線可知，要使耗能減振裝置具有較強(qiáng)的耗能能力，則需被控結(jié)構(gòu)上與耗能元件兩端相連點(diǎn)之間具有較大的相對(duì)變形，然而由于荷載持時(shí)較短，該荷載作用下樓板結(jié)構(gòu)變形尚未展開。可見，常規(guī)耗能減振措施難以解決車輛荷載作用下樓板結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度較大的問題。基于此，本文提出一種用于樓板結(jié)構(gòu)的車致豎向振動(dòng)控制的減振裝置?；诒豢亟Y(jié)構(gòu)-減振帶-車輛的一體化有限元模型，以樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度幅值及所受車輛荷載幅值為指標(biāo)，對(duì)減振帶進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化分析，并通過(guò)深圳某大型商場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了所選參數(shù)的合理性與減振帶的有效性。

1減振帶參數(shù)分析

1.1減振帶構(gòu)造

減振帶的基本構(gòu)造如圖1所示，其主要包括兩層鋼板夾和一層軟橡膠。其減振作用主要體現(xiàn)在：① 彈性模量較小的橡膠層在快速行駛的車輛撞擊下產(chǎn)生較大剪切變形從而耗散部分能量；② 上表面相對(duì)較平的減振帶有效抑制了快速行駛車輛經(jīng)過(guò)減速帶時(shí)的飛車現(xiàn)象[13]；③ 較寬的減振帶使得快速行駛車輛經(jīng)過(guò)減振帶產(chǎn)生小幅跳躍后仍落在豎向剛度較小的減振帶上，從而減弱豎向荷載向地面或樓面的傳輸。

圖1中，鋼板厚度根據(jù)鋼板穩(wěn)定性、鋼板強(qiáng)度以及減振帶整體厚度確定。其中，鋼蓋板與下層鋼板間設(shè)有5 mm間隙，以防止上層鋼板接觸到下層鋼板而影響減振效果。上、下層鋼板厚度分別為3 mm、5 mm，且與橡膠阻尼層通過(guò)硫化處理連為一體，鋼板長(zhǎng)度由運(yùn)輸和安裝等要求確定為500 mm，而橡膠材料為具有小彈性模量(0.6 MPa)的普通軟橡膠，圖1所示橡膠塊寬度B、減振帶厚度H、橡膠塊個(gè)數(shù)N以及減振帶寬度L需建立模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化分析。

圖1　減振帶構(gòu)造圖Fig.1 A sketch of vibration control humps

1.2模型建立

基于ANSYSY(LSDYNA)有限元軟件，本文建立了被控結(jié)構(gòu)模型-減振帶-車輛的一體化模型。該模型主要由結(jié)構(gòu)模型、車輛模型和減振帶模型組成，并通過(guò)ANSYSY(LSDYNA)提供的接觸算法考慮了車輛輪胎與結(jié)構(gòu)及減振帶之間的相互作用。該模型能直觀體現(xiàn)減振帶的減振作用，且考慮了車輛與結(jié)構(gòu)之間的耦合作用[14]。車輛通過(guò)減速帶產(chǎn)生的荷載導(dǎo)致樓板振動(dòng)是一個(gè)局部振動(dòng)問題，結(jié)構(gòu)模型的規(guī)?？梢赃m當(dāng)縮??；為了不失一般性，結(jié)構(gòu)模型的選取不針對(duì)某一特定結(jié)構(gòu)，因此被控結(jié)構(gòu)模型選用3×3跨的2層benchmark框架模型，如圖2所示。圖中，柱截面尺寸為0.4 m×0.4 m，高3 m，主梁截面尺寸為0.4 m×0.2 m，次梁截面尺寸為0.25 m×0.2 m，板厚為0.15 m，結(jié)構(gòu)跨度為6 m。模型中柱和梁均采用LSDYNA中的BEAM161單元，樓板則采用SHELL163單元。

模擬過(guò)程中結(jié)構(gòu)處于彈性階段，其彈性模量為2.8×1010MPa，泊松比為0.216，密度為2 500 kg/m3。

圖2　被控結(jié)構(gòu)有限元模型Fig.2 Finite element model of the controlled structure

基于車輛三維七自由度簡(jiǎn)化模型[15]，本文建立的車輛模型如圖3所示。其中，車輛參數(shù)如表1所示。

圖3　車輛模型Fig.3 Finite element model of the vehicle

參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值車輛質(zhì)量2t輪距1.5m懸架質(zhì)量100kg軸距2.461m密度1000kg/m3車體豎向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3×105kg·m2輪胎彈模6MPa車體的橫向轉(zhuǎn)慣量6×104kg·m2懸架阻尼4.5×104N·s/m輪胎和結(jié)構(gòu)之間靜摩擦系數(shù)0.8懸架剛度1×106N/m滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.1

1.3評(píng)價(jià)指標(biāo)

基于本文的分析目的，取樓板加速度幅值及與之直接相關(guān)的車輛荷載最大值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)?？紤]到被控結(jié)構(gòu)處于彈性受力階段，上述兩指標(biāo)重要性一致，故均取權(quán)系數(shù)為0.5，則目標(biāo)函數(shù)為

(1)

式中αi,Fi為車輛通過(guò)具有第i個(gè)參數(shù)減振帶時(shí)被控結(jié)構(gòu)的豎向加速度峰值和所受的車輛荷載峰值；α0,F0為車輛通過(guò)具有參數(shù)庫(kù)中特定參數(shù)減振帶時(shí)被控結(jié)構(gòu)豎向加速度峰值和所受車輛荷載峰值。

1.4減振帶參數(shù)優(yōu)化分析

基于1.2節(jié)建立的有限元模型，分別對(duì)減振帶寬度L、橡膠塊寬B、減振帶厚度H和橡膠塊個(gè)數(shù)N進(jìn)行優(yōu)化分析。

1.4.1減振帶寬影響分析

當(dāng)橡膠塊寬B為60 mm，減振帶厚度H為23 mm，橡膠塊個(gè)數(shù)N為3，減振帶寬L分別取280 mm、320 mm、360 mm、400 mm和440 mm時(shí)，被控結(jié)構(gòu)所受車輛荷載及樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度隨時(shí)間的變化情況如圖4所示。

圖4　減震帶寬度影響Fig.4 Influence analysis of the width

上述各工況下目標(biāo)函數(shù)Y值如表2所示。

從圖4和表2可以看出：① 車輛經(jīng)過(guò)減振帶后給樓板結(jié)構(gòu)施加的車輛荷載先增大后減小，且持時(shí)較短，而相對(duì)較小的減振帶寬度對(duì)荷載影響較?。虎?當(dāng)減振帶寬L小于400 mm時(shí)，其對(duì)結(jié)構(gòu)加速度的影響較為小，而大于400 mm時(shí)，結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)增大明顯，這是由于橡膠塊的個(gè)數(shù)和寬度一定，減振帶越寬則橡膠與連接板的面積之比越小，減振帶豎向隔振能力越弱，當(dāng)橡膠面積小于一定值時(shí)荷載傳遞加?。灰虼嗽谙鹉z塊個(gè)數(shù)、寬度一定時(shí)減振帶的剛度隨著減振帶的寬度增加而增大，導(dǎo)致車輛對(duì)結(jié)構(gòu)的作用更加直接，從而使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)更加明顯(市場(chǎng)上的減速帶寬度一般為250～400 mm);③L為360 mm時(shí)車輛荷載最小，而當(dāng)L值遠(yuǎn)離360 mm時(shí)，車輛荷載逐漸增大，且不足360 mm的車輛荷載幅值增長(zhǎng)速率大于超過(guò)360 mm的增長(zhǎng)速率，這是由于車輛在減振帶上行駛時(shí)能夠減緩車輛振動(dòng)，因此減振帶寬度越大，緩沖作用時(shí)間越長(zhǎng)，當(dāng)減振帶寬度超過(guò)一定值，減振帶剛度較大，又會(huì)加劇車輛振動(dòng)，因此會(huì)出現(xiàn)極值點(diǎn)360 mm。

表2　目標(biāo)函數(shù)值

1.4.2橡膠塊寬度影響分析

當(dāng)減振帶寬L為360 mm，減振帶厚度H為23 mm，橡膠塊個(gè)數(shù)N為3，橡膠塊寬度B分別取20 mm、40 mm、60 mm、80 mm和100 mm時(shí)，被控結(jié)構(gòu)所受車輛荷載及樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度隨時(shí)間的變化情況如圖5所示。

圖5　橡膠塊寬度影響Fig.5 Influence analysis of the width of rubber blocks

上述各工況下目標(biāo)函數(shù)Y值如表3所示。

表3　目標(biāo)函數(shù)值

從圖5和表3可以看出：① 橡膠塊寬度對(duì)車輛荷載及樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度的影響基本同減振帶寬度的影響；② 結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)峰值隨橡膠塊寬B的增加而減小，這是由于橡膠寬寬度越小，鋼板中橡膠所占面積越少，當(dāng)橡膠面積小于一定值時(shí)荷載傳遞加劇，寬度B在40 mm和60 mm之間的下降速率大于其他區(qū)間段的下降速率，這一區(qū)間段對(duì)結(jié)構(gòu)加速度影響較大；③B為40 mm時(shí)車輛荷載峰值最小，而當(dāng)B值為20 mm和80 mm荷載峰值較大，這是由于當(dāng)橡膠塊寬度較小時(shí)，加劇了車輛振動(dòng)，而當(dāng)橡膠塊寬增加到40 mm和80 mm時(shí)車輛振動(dòng)情況，減振帶緩沖作用，車輛與樓板耦合振動(dòng)導(dǎo)致了在這兩個(gè)點(diǎn)上的荷載值增加。B為100時(shí)目標(biāo)函數(shù)值最小，且B為60 mm以上時(shí)目標(biāo)函數(shù)值較為接近，因此取減振帶橡膠塊寬度為100 mm。

1.4.3減振帶厚度影響分析

當(dāng)減振帶寬L為360 mm，橡膠塊寬B為80 mm，橡膠塊個(gè)數(shù)N為3，減振帶厚度H分別取18 mm、23 mm、28 mm、33 mm和38 mm時(shí)，被控結(jié)構(gòu)所受車輛荷載及樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度隨時(shí)間的變化情況如圖6所示。

圖6　減振帶厚度影響Fig.6 Influence analysis of thethickness

上述各工況下目標(biāo)函數(shù)Y值如表4所示。

表4　目標(biāo)函數(shù)值

從圖6和表4可以看出，減振帶厚度為18 mm時(shí)其減振效果相比較好，且目標(biāo)函數(shù)值Y隨橡膠塊厚度的減小而減小。這是由于減振帶越厚，經(jīng)過(guò)減振帶的行車跳躍越高，其對(duì)樓板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載越大。

結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)峰值隨減振帶厚度H的增加而增大，厚度H在23 mm和33 mm之間的增加速率小于其他區(qū)間段的增加速率，這是由于減振帶較厚時(shí)，車輛撞擊減速帶的力會(huì)更大，從而導(dǎo)致樓板的加速度增加；車輛荷載整體上隨著減振帶厚度H的增加而減少，當(dāng)H為25 mm時(shí)會(huì)較20 mm略有增加，這是由于橡膠塊厚度在一定范圍內(nèi)取值越大，車輛在減振帶上的緩沖時(shí)間越長(zhǎng)，車輛荷載越小。

1.4.4橡膠塊個(gè)數(shù)影響分析

當(dāng)減振帶寬L為360 mm，橡膠塊寬B為60 mm，減振帶厚度H為23 mm，橡膠塊個(gè)數(shù)N選取2、3、4和5時(shí)，被控結(jié)構(gòu)所受車輛荷載及樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度隨時(shí)間的變化情況如圖7所示。

圖7　橡膠塊個(gè)數(shù)影響Fig.7 Influence analysis of the number of rubber blocks

上述各工況下目標(biāo)函數(shù)Y值如表5所示。

從圖7和表5可以看出：① 同前述影響因素，橡膠塊個(gè)數(shù)對(duì)車輛荷載及樓板結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的影響較小；② 結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)峰值對(duì)著橡膠塊的增加而減小，這是由于橡膠塊越少，車輛荷載沒得得到緩沖直接傳遞到樓板上；③ 車輛荷載幅值規(guī)律與加速度響應(yīng)峰值相似，這是由于橡膠塊較少時(shí)，減振帶剛度，從而加劇了車輛振動(dòng)導(dǎo)致車輛荷載增大。較大而車輛荷載變化幅度較加速度變化幅度小，這其中存在耦合振動(dòng)的影響。

表5　目標(biāo)函數(shù)值

綜上所述，基于式(1)所示目標(biāo)函數(shù)值，并考慮到減振帶的美觀性以及減振帶的減速效果最終選定橡膠塊個(gè)數(shù)為4，橡膠塊寬度為60 mm，減振帶厚度為18 mm，減振帶寬度為360 mm。

2減振帶效果驗(yàn)證

2.1數(shù)值模擬驗(yàn)證

基于被控結(jié)構(gòu)-減速帶或減振帶-車輛的一體化模型，本文對(duì)比分析了不同車速下減振帶的效果。其中，被控結(jié)構(gòu)樓板為壓型鋼板組合樓板，板厚為0.100 m?？蚣芰簽楣ぷ咒摿海髁鹤畲罂缍葹?2.800 m，次梁最大跨度為11.000 m。

當(dāng)車速分別為10 km/h、20 km/h、30 km/h和40 km/h時(shí)，車輛通過(guò)減振帶或減速帶時(shí)樓板結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)豎向振動(dòng)加速度時(shí)程曲線如圖8所示。

圖8所示各工況下，減振帶對(duì)樓板結(jié)構(gòu)的減振效果如表6所示。

圖8　不同車速下樓板中心點(diǎn)豎向振動(dòng)加速度Fig.8(Cont.) Floor accelerations with different vehicle velocities

車速/(km·h-1)加速度幅值/(m·s-2)減振帶駝峰減速帶減振效果/%100.15860.15910.31200.14140.15528.89300.19760.322538.73400.28250.428534.07

從圖8和表6中可以看出：① 樓板豎向振動(dòng)加速度時(shí)程有兩個(gè)較大值點(diǎn)，這是由車輛前后軸分別通過(guò)減振帶時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載所致，且由于通過(guò)減振帶和減速帶時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載不完全一致，故圖中加速度變化趨勢(shì)不完全一致；② 車輛通過(guò)減振帶時(shí)樓板結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)較通過(guò)減速帶時(shí)明顯小，且車速較大時(shí)更為明顯，其中，車速為30 km/h時(shí)達(dá)到38.73%。這是由于較大車速的車輛通過(guò)減速帶時(shí)產(chǎn)生的飛車現(xiàn)象更明顯，其產(chǎn)生的沖擊荷載較大?？梢?，本文提出的減振帶能夠有效減小車輛對(duì)樓板的沖擊作用。

2.2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為檢驗(yàn)減振帶的實(shí)際效果，將具有上述參數(shù)的減振帶安裝到深圳某大型商場(chǎng)的地下停車場(chǎng)內(nèi)(如圖9所示)，對(duì)比分析車輛以不同車速通過(guò)減速帶或減振帶時(shí)樓板結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)加速度。所用車輛軸距為2.62 m，車重1.525 t。

圖9　安裝完成的減振帶Fig.9 A picture of vibration control humps

實(shí)驗(yàn)中，布置于行車所在樓層的3個(gè)加速度傳感器及減振帶位置如圖10所示。所用采集系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況如圖11所示，其中，系統(tǒng)采樣頻率為128 Hz。

圖10　測(cè)點(diǎn)位置Fig.10 Locations of test points

圖11　測(cè)試系統(tǒng)Fig.11 Testing system

當(dāng)車輛以20 km/h、30 km/h或40 km/h車速通過(guò)減振帶或減速帶時(shí)，實(shí)測(cè)且濾波后的樓板各測(cè)點(diǎn)處豎向振動(dòng)加速度分別如圖12～14所示。

圖12　車速20 km/h時(shí)樓板各測(cè)點(diǎn)處豎向振動(dòng)加速度Fig.12 Floor acceleration with a vehicle velocity of 20 km/h

圖13　車速30 km/h時(shí)樓板各測(cè)點(diǎn)處豎向振動(dòng)加速度Fig.13 Slab acceleration with avehicle velocity of 30 km/h

圖14　車速40 km/h時(shí)樓板各測(cè)點(diǎn)處豎向振動(dòng)加速度Fig.14 Floor acceleration with avehicle velocity of 40 km/h

從圖12～14可以看出：① 同數(shù)值模擬結(jié)果，當(dāng)以相同車速通過(guò)減振帶時(shí)，樓板測(cè)點(diǎn)處的豎向振動(dòng)加速度較通過(guò)減速度帶時(shí)小，車速較大時(shí)表現(xiàn)更為明顯。這是由于車輛以相同速度通過(guò)上表面為弧面減速帶時(shí)產(chǎn)生的飛車現(xiàn)象較通過(guò)上表面為平面的減振帶時(shí)明顯，則前一種工況下的車輛荷載較大； ② 同一測(cè)試工況下，各測(cè)點(diǎn)處加速度時(shí)程具有兩個(gè)峰值，這是由汽車前后轱轆分別撞擊樓板所致，且車速越小峰值間距越大，這一點(diǎn)與數(shù)值分析結(jié)果及實(shí)際情況相符，表明此次測(cè)試結(jié)果是可信的；(3) 由于通過(guò)減振帶和減速帶時(shí)產(chǎn)生的車輛荷載不完全一致，故兩個(gè)加速度時(shí)程曲線不完全對(duì)應(yīng)。

圖12～14所示各工況下樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度峰值及減振帶的減振效果分別如表7和8所示。

表7　各工況下樓板結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)加速度峰值

從表7和表8可以看出：① 減振帶的減振效果隨車速的增加而增大，這種規(guī)律跟模擬結(jié)果規(guī)律一致；② 相同車速下模擬結(jié)果的減振效果較實(shí)測(cè)結(jié)果大，這是由于實(shí)測(cè)地點(diǎn)影響因素的復(fù)雜性導(dǎo)致的。

表8　減振帶減振效果

3結(jié)論

本文提出一種用于樓板結(jié)構(gòu)車致豎向振動(dòng)控制的減振裝置，基于被控結(jié)構(gòu)-減振帶-車輛的一體化有限元模型及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該裝置的有效性。得出主要結(jié)論如下：

(1) 減振帶的上表面形狀對(duì)車輛通過(guò)其產(chǎn)生的車輛荷載有較大影響，相對(duì)較平的減振帶能有效抑制快速行駛車輛經(jīng)過(guò)減速帶時(shí)的飛車現(xiàn)象，從而減小車輛對(duì)樓板結(jié)構(gòu)的沖擊作用；

(2) 直接影響車輛經(jīng)過(guò)減振帶時(shí)跳起高度的行駛速度對(duì)減振帶效果的影響較明顯。

(3) 本文提出的減振帶能替代常規(guī)減速度從振源角度較好減小大跨樓板結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)加速度。

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Vehicles induced vertical vibration control for a long-span structure

TENG Jun1,2, LI Zuo-hua2, XING Hou-bing2, YE Li-yu2, FU Ji-yang3, QIAN Yong-mei4, WU Jiu-rong3

(1. School of Civil Engineering, Fujian College of Technology, Fuzhou 350108, China;2. Shenzhen Graduate School, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China;3. School of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China;4. School of Civil Engineering, Jilin Architecture University, Changchun 130118, China)

To solve the problem that structural vibration acceleration induced by vehicles in vertical direction was too large to meet comfort requirements in related codes, a new device named “vibration control hump” was proposed to replace the conventional speed control hump. Parameters of the vibration control hump were analyzed based on a structure-vibration control hump-vehicle model, taking amplitudes of the structural vibration acceleration in vertical direction and vehicle load as indexes. The measured results showed that the vibration control hump can effectively reduce the vertical vibration of the upper structure induced by vehicle load and the structural vibration acceleration can meet the relevant specified comfort requirements.

long-span structure; vehicle load; speed control hump; structural comfort

10.13465/j.cnki.jvs.2016.11.013

2014-08-20修改稿收到日期：2015-05-20

滕軍 男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，1962年生

李祚華 男，博士，副教授，1978年生

E-mail: lizuohua@hit.edu.cn

TU352

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