人行桥人致振动舒适度研究

发布时间：2020-07-11 20:57

【摘要】：随着人行桥跨度的增大,结构呈现出轻柔、低阻尼的特点。近年来,部分人行桥发生大幅人致振动,不仅严重影响桥上行人行走舒适度,甚至还影响到桥梁结构安全。人行桥人致振动舒适度问题受到桥梁工程界以及国际标准化组织的重视。目前已有的研究成果以及规范标准所建议的人行桥人致振动舒适度指标之间存在较大差异,尚没有综合考虑行人承受振动能力、结构振动响应大小以及人体主观感觉不确定性的定量研究。本文针对人行桥人致振动舒适度问题,从人致振动舒适度定量计算、舒适度实时测量评估、舒适度评价方法改进、人行桥结构振动响应参数分析等方面开展了研究。主要完成了如下工作:(1)提出了人行桥振动影响“敏感度”的概念,实现了行人对于振动敏感程度的量化表达。将行人承受振动能力和人行桥结构振动响应这两个具有不确定性和模糊性的概念量化,给出了“人体抗力”和“振动效应”的概念和定量表达式,分别计算了单个行人和人群的敏感度,建立了敏感度模型。将该模型的计算结果与现场试验结果、国际标准化组织得出的结论进行了比较,验证了敏感度方法的正确性。(2)研究了行人在振动响应下的主观反应隶属度值与人行桥结构振动响应之间的非线性关系,建议了改进隶属度函数,将改进隶属度函数与传统计算公式、前人的实验结果进行了比较,表明改进隶属度计算值与实验结果更接近,传统隶属度计算公式偏差较大。在改进烦恼率计算模型基础上,给出了精度满足工程应用要求的近似人行桥烦恼率曲线,计算结果曲线和近似曲线之间的误差不超过0.04。建议了一种考虑竖向与侧向耦合振动的舒适度综合评价方法,对广州市黄埔区科学城人行桥进行了振动舒适度研究和减振设计,计算结果表明合理设置TMD能起到减振作用。(3)基于智能移动手机内置的加速度传感器、方位角传感器和实时显示功能,开发了基于智能手机的人行桥人致振动舒适度实时评价系统,该系统由数据采集子系统、管理中心子系统和智能手机客户端组成。将空间坐标转换法则应用于动态信号采集过程,实现了由智能手机坐标系到惯性坐标系的转换;编写了方位角传感器调用程序,实现了智能手机自动采集并实时显示当前方位角信息;在去除趋势项的基础上,采用数学形态学方法进行了振动信号漂移校正;采用小波变换方法滤除了加速度信号中的重力噪声。在现场比较了所提出评价系统与传统加速度传感器的测试结果,并与国际标准ISO2631-1:1997规定的人体主观感觉进行了比较。(4)基于解析解理论,对人致振动舒适度进行了定量研究。推导了人行桥人致振动响应的解析解,计算了共振情况下的最大加速度响应。分析了振动质量、刚度、阻尼、跨度、行人行走方式、行走速度、行走步频等参数对于人行桥结构加速度响应的影响,并将加速度响应计算结果与前人研究结果进行了比较。通过参数敏感性分析得出了对人行桥加速度响应影响最显著的参数,对人行桥舒适度设计提出了建议。(5)以行人步行参数为输入量,峰值加速度为输出量,建立了用于人行桥峰值加速度响应预测的人致振动舒适度BP神经网络。以实测数据为基础对BP神经网络进行了优化,采用优化后的BP神经网络对人行桥结构峰值加速度进行了预测,并将预测值与实测值、自适应神经网络、CMAC神经网络、Elman神经网络的预测结果以及解析解结果进行了比较。振动舒适度BP神经网络可为非人桥共振情形下的振动舒适度评价提供依据。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441.3;U448.11
【图文】：

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1-1 日本户田公园人行桥图 1-2 日本 M 桥发生大幅侧向振动述人致振动事件中人行桥人致振动响应都造成了桥上行人感到不舒适，严极度恐慌。类似的案例还有安大略 Alexandra 桥[24]、伯明翰 NEC 桥[25]、人行桥[26]、武汉长江大桥[27]、上海火车站人行桥[28]。近年来人行桥人致行走舒适度的案例如表 1-1 所示。表 1-1 人行桥人致振动影响行人行走舒适度的案例[17-34]

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行人重心竖向运动示意图

【参考文献】