考虑人-结构相互作用的大跨结构人致振动响应分析

发布时间：2020-08-19 19:11

【摘要】：随着土木工程领域内轻质高强材料发展趋于成熟,建筑结构的设计日益轻量化,导致结构的基频与行人步频接近,产生结构过度振动的问题。人行荷载激励下结构的过度振动将影响结构的耐久性与安全性,同时影响行人行走的舒适性。本文以大跨人行天桥为研究对象,围绕随机行走人群的建模、随机人群-结构竖向动力方程的建立及结构模态参数不确定下的减振设计开展相应研究。本文的主要研究内容包括:1、深入分析了人行天桥在单人行走作用下的加速度响应与模态参数的变化。基于单人简化分析MF、MSD和MMSD模型,建立了人-桥耦合运动方程,分析了单人行走下人行天桥的加速度响应和模态参数变化,研究了三种简化模型下耦合方程的差异性,分析了单人行走参数变化对结构响应的影响,包括人体质量、等效刚度、等效阻尼和行人步行力等因素。2、深入研究了基于行人步长的行走加载模拟方法,分析了行走人群的随机性,包括人-结构竖向耦合作用、行人个体间差异性和个体内随机性、行人-行人间相互作用和人群行走动作的同步率,推导了随机人群-结构耦合动力方程,建立了随机人群离散模型和集中模型。3、基于随机人群行走模型,分析了不同模态质量和不同基频的人行天桥瞬时加速度响应和瞬时频率、瞬时阻尼比的变化情况。4、建立了人-桥-TMD动力耦合方程,分析了随机人群行走下人行天桥瞬时阻尼比和瞬时频率的不确定性。建立了行人行走下考虑人-结构相互作用的减振策略,开展了随机行走人群下人行天桥的减振分析。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441.3
【图文】：

动载,四阶,因子,荷载

考虑人-结构相互作用的大跨结构人致振动响应分析10图1.3 步行荷载前四阶动载因子Fig.1.3 The fourth order dynamic load factor of the walking loadKerr[47]基于实验中得到的单人正常行走荷载分布曲线，拟合出了行人行走时的荷载动载因子数学关系，具体如图1.3所示。Young[41]基于其他学者的研究，给出了可靠度较高的欧美行人步行荷载傅里叶级数模型的动载因子取值方法。樊健生等[52]基于前人的研究成果，不考虑人-人相互作用和结构对行人行走的反作用，构建了行人步行的傅里叶级数模型。1.3.2 步行荷载随机模型实际上，行人行走并不是一个固定的过程，存在许多不确定因素，傅里叶级数模型描述了行人的周期性步行荷载，但是由于行人个体内的随机性，行人每一步都可能有所差别。一段连续的步行过程

技术路线图,论文,人行天桥,人群

图 1.4 论文技术路线图Fig.1.4 Technical roadmap通过近年来国内外对人-结构相互作用的综述，集中展示了基于简支梁的人-结构竖向耦合研究的发展，在此基础上本文以单人研究为出发点，拓展到随机人群，从人-结构竖向耦合作用分析、随机人群建模及人行天桥动力响应分析、不同尺寸人行天桥在随机人群行走下响应分析和结构动力特性参数不确定的减振方法研究展开详细研究，本文研究人致振动问题采用的技术路线如图 1.4 所示，本文分析的主要内容包括以下部分：（1）研究了人行天桥在行人行走下加速度响应与模态参数的变化。基于行人简化分析 MF、MSD 和 MMSD 模型，建立了人-桥耦合运动方程，研究了单人行走下人行天桥的加速度响应和模态参数，并且对比分析了在三种简化模型下耦合方程的差异性。同时考虑行人动力特性参数变化对结构响应的影响。

模型图,简化质量,行人,阻尼

图 2.2. 行人简化质量-弹簧-阻尼(MSD)模型Fig.2.2 The mass-spring-damper modal of a pedestrian行走于人行天桥，受到行人阻尼产生的反向阻尼力、结构度产生的弹性力的作用，受力分析可得行人动力平衡方型分解法，式(2-8)转化为：行天桥的动力学方程在 2.2 部分已经进行了推导，所以结-6)描述，同时 ) 行人动力平衡方程进行激励荷载的等效替换，其中

【参考文献】