高铁站房大跨楼盖结构随机人群荷载效应及其MTMD减振控制研究

With the rapid development of the high-speed railway and the passenger dedicated lines, the new high-speed railway station structures tend to be lighter and slenderer. With long spans, and lower damping ratios, the long-span floor systems are prone to large dynamic responses, In particular, the human comfort issue has been brought into attention. The project is composed of the following parts: 1. Conduct on-site monitoring and testing on crowd-induced stochastic loads on the floor systems. By statistical analysis of the collected data, model of crowd-induced stochastic loads will be generated based on the characteristics of the high-speed railway station structures. 2. Establish the integrated models of human-station structure systems, and conduct the dynamic analysis for the vibration response histories of the floor systems under human-induced loads. The effects of several factors on the peak acceleration responses will be investigated. 3. Develop effective adjustable suspended Tuned Mass Damper (TMD). 4. Establish the analyzing, optimizing, and simplified designing method of the human-station structure-TMD system. 5. Inspect and verify the analyzing method by on-site monitoring the vibration responses of the floor structures. The goal of this project is to provide the analysis and design theories and procedures of the new high-speed railway station structures under crowd-induces stochastic loads, and promote the development and applications of the energy dissipation and vibration control technologies.

随着高速铁路和客运专线的快速发展，新型高速铁路站房具有更轻更柔、空间跨度大、阻尼比低和结构体系复杂等特点，使得大跨楼盖结构在人群活动下容易产生较大的动力响应，特别是候车厅的人体舒适度问题变得越来越引起人们的关注。本项目主要研究内容包括：1、进行随机人群活动荷载的现场监测和试验，通过对监测数据的统计和归纳，构造符合高速铁路站房特点的随机人群活动行为的荷载模型；2、建立"人-站房结构"系统一体化的分析模型和进行站房结构在随机人群荷载下的振动响应的高效分析方法，研究各种因素对结构最大加速度响应的影响规律；3、研制开发高效可调型悬吊式TMD；4、建立人-站房结构-MTMD减振体系的分析、优化和简化设计方法；5、通过结构振动响应的现场监测，验证分析方法的正确性。本项目的实施，为随机人群荷载作用下新型站房结构的振动分析和设计提供理论研究基础，并促进消能减振控制技术的进一步发展和推广应用。

新型高铁站房楼盖结构具有更轻更柔、空间跨度大和阻尼比低等特点，在人群荷载作用下容易产生较大的振动响应，因此候车厅的人体舒适度问题变得越来越引起人们的关注。本项目围绕着构建随机人群活动荷载的力学模型，开展高速铁路站房大跨楼盖结构振动响应全过程分析，系统地研究“人—站房结构—TMD”减振体系的分析、设计和优化方法。研究主要成果包括：1、通过试验室的试验以及站房现场的长期监测视频录像，经过统计和归纳，建立单人步行和跳跃荷载的力学模型，揭示随机人群荷载的产生机理、作用方式、影响因素和参数，构造符合高铁站房结构特点并考虑“人-结构”相互作用的随机人群荷载的简化计算模型。2、构建“人—站房结构”相互作用的时空耦合的计算模型，分析结构形式、跨度、阻尼等宏观结构参数以及不同激励频率、不同活动行为等因素对结构最大加速度响应的影响规律，建立“人—站房结构”系统在随机人群荷载下的振动随机响应的高效分析方法。3、开展适合于高铁站房大跨楼盖结构减振控制的高效可调型悬吊式TMD减振系统的设计、研制和试验研究，建立其力学模型；4、基于遗传算法和模式搜索算法构建了混合优化算法进行了随机人群荷载作用下的的减振分析，探询MTMD的参数（MTMD的位置、质量比、阻尼比、频率比和数量等参数）与减振效果之间规律，建立“人—站房结构—MTMD”减振新体系的分析方法、优化方法和简化设计方法。4、进行了西安北站、沈阳站等多个大跨楼盖的现场实测分析，测试结果验证了本项目研究成果的正确性。本项目的研究成果，为随机人群荷载作用下新型站房结构的振动分析和设计提供理论研究基础，并促进消能减振控制技术的进一步发展和推广应用。