工程结构振动舒适度分析利器

子曰：“工欲善其事，必先利其器”。子不曰的，用什么工具软件做结构振动舒适度分析？关注此问题大概也3年有余了，纸上谈兵的时候多。

课题组若天毕业后历时2年，编制出了振动舒适度分析利器-VSeT（Vibration Serviceability Evaluation Tool,请读V’, Set）。软件目标嘛，按时下流行的说法：苔花如米小，也学牡丹开。

一、 VSeT概况

振动舒适度分析工具箱VSET（Vibration ServiceabilityEvaluation Tool）是一款用于快速评估与解决工程结构振动舒适度的软件。可用于大跨楼盖、商场楼盖、体育场看台、悬挑楼盖、人行桥、建筑连廊、楼梯等(you name it)结构的振动性能评估，为结构工程师提供快速评估工程结构振动舒适度的捷径。

使用本软件不需要具有复杂的动力学专业知识背景；不需要研读人致荷载与人致结构振动的大量文献；不需要了解各类动力设备的性能；不需要文案编辑，可直接生成WORD计算书……

二、软件特点

软件提供交互式图形界面，具有以下几个特点：

1、提供国内外主流规范所推荐的多种人致荷载模型。例如踏步、原地起蹲、行走、奔跑、跳跃、Bounce等，并且有单人、人群、确定性或随机性模型等选择。同时结合课题组最新研究成果，提供人群跳跃、人群Bounce的确定性模型和功率谱模型。

2、提供频率成分丰富的实测荷载记录。类似实测地震动记录，为满足特殊分析需求，软件提供丰富的人致荷载的实测记录：单人或人群行走、跳跃、Bounce荷载；中国人、外国人的记录等。

3、简便实用的荷载路径施加方法。例如对于行走工况，只须定义行走路径即可，软件自动考虑移动荷载属性，不仅可以模拟单人行走，通过参数定义，还可模拟人群流荷载，从而省去了人为生成随机荷载的繁琐步骤。

4、提供振动舒适度分析计算书。提供针对中国规范的舒适度分析报告。可对结构每一个节点的峰值响应进行统计分析，而不仅仅关注某个点的峰值响应。采用节点峰值柱状图、全结构峰值云图等形式直观可视化。多种国际评估规范可选。

5、提供减振解决方案。以调谐质量阻尼器TMD为例，只需提供设计舒适度目标，软件自动计算最优化参数，可以大幅度提高计算效率。

6、主流软件模型的导入功能。软件目前能导入商业有限元Midas模型，对于PKPM、YJK等模型，须先通过转换软件转成标准mgt文件后再导入。避免二次建模的需要，方便高效。

三、应用实例

1、大型商场混凝土楼盖振动舒适度分析

图1 商场楼盖

2、钢结构连廊

图2 人行连廊

3、体育馆看台

图3 体育馆看台

4、钢结构旋转楼梯

图4 钢结构旋转楼梯

四、软件操作说明

软件采用菜单式的输入方式，界面如图5所示，下面对主要菜单功能分别进行介绍。（本节末尾有软件操作动画演示）

图5、软件初始界面

1、文件

菜单的下拉菜单如下图所示：

文件下拉菜单

打开数据(.mat)：打开已有的工程文件。

打开模型后界面

导入 1.Midas模型(.mgt)：导入Midas软件生成的mgt文件。

导入 2.模态结果-质量/频率/振型(.xlsx)：导入有限元分析的质量/频率/振型数据，该数据采用.xlsx文件格式。该数据文件可直接从Midas软件计算结果中复制得到。

另存为：当前工程另存为到其他位置或另存为其他名称。

保存：对当前工程进行保存

退出：退出软件。

2、视图设置

菜单的下拉菜单如下图所示：

视图设置下拉菜单

振型显示(第一阶振型)

模型重生成：重新显示工程模型。

振型显示：选择显示振型、振型动画显示。

节点编号：用于选择是否显示节点编号。

选项：可以选择是否显示实体模型（实际截面）、节点、线单元、面单元。

显示实体模型

不显示实体模型

3、荷载工况

菜单的下拉菜单如下图所示：

荷载工况下拉菜单

行走(路径)子菜单：用于添加或者删除行走路径工况。可以添加多条行走路径，模拟多列人行走的工况，适用于楼盖、人行桥，连廊等人流荷载下的响应。

路径添加：依次点击行走路径上的节点

结束后敲回车键生成路径

踏步(定点)子菜单：用于添加或者删除定点踏步工况。可以同时选择多个点，进行人群踏步工况模型。

定点添加：依次点击施加踏步荷载的节点

结束后敲回车键生成9个加载点（9人踏步工况）

Bouncing(定点)子菜单：用于添加或者删除定点起蹲工况。适用于体育场看台等。

跳跃(定点)子菜单：用于添加或者删除定点起蹲工况。例如分析体育场看台振动响应。

跳跃(定点)子菜单：用于添加或者删除定点跳跃工况。适用于舞厅，健身房等。跑步(路径)子菜单：用于添加或者删除路径跑步工况。适用于舞厅，健身房等

设备子菜单：用于添加或者删除设备动力荷载工况。

4、计算

计算菜单-参数设置

计算参数设置

可分别设置路径工况(如行走、跑动)和定点工况（如踏步、原地起蹲等）的计算参数，包括荷载模型的选取、行走频率（指定步频或随机步频）、初始相位、行人体重、积分时间步长等。对于多人沿着路径行走的情况，可以设置每条路径上的人数、行人泊松分布平均时间间隔。

设置好参数后，点击运行子菜单可进行动力时程计算。

5、结果查询

菜单的下拉菜单如下图所示：

节点响应子菜单：用于查询任意节点动力响应时程（可直接输入节点号或者图形交互选点），包括加速度、速度、位移等物理量，可分别不同工况下X、Y、Z方向的响应。

节点号1~10号Z向加速度响应

峰值响应子菜单：用于绘制峰值响应云图、峰值响应柱状图

节点峰值响应柱状图

行走工况结构峰值响应云图

舒适度评估子菜单：生成舒适度评估，将峰值加速度响应与中国规范限值进对比。

行走工况舒适度评估图

生成计算书子菜单：生成振动舒适度计算书报告，点击后自动生成word版本的计算书，计算书格式见下图：

计算书实例

6、操作动画演示

软件操作动画

计算书生成动画

五、交流合作

研究小组致力于工程结构振动舒适度问题的研究与工程应用，对VSeT感兴趣或希望用其解决实际问题；或对相关人致荷载数据库、模型、人致振动分析方法、振动舒适度评价及振动控制有疑问或感兴趣的，欢迎联系。