考虑人—结构相互作用的人行桥竖向振动研究

发布时间：2020-03-25 13:00

【摘要】：当结构满足功能性的需求后,人们对审美、空间的追求也越来越高。人行桥作为城市及风景区等区域重要的组成部分,近年来取得了飞速的发展,但该类人行桥往往较为轻柔,自振频率较低,易发生人-桥共振,引发结构安全及舒适性问题。对于该类既有行走人群又有留驻人群的人行桥,现阶段仅仅考虑了行走人群对人行桥的激励作用,未考虑行走、留驻人群与结构间的相互作用,国内对此方面的理论与试验研究也很有限。本文在实验室环境下,设计并制作了一座钢结构-玻璃人行桥模型,用于人-桥相互作用的试验研究,证明了考虑人-结构相互作用的必要性,并在已有研究的基础上,选取了三种较为典型的静立人体模型,结合国外的一座混凝土人行桥模型和本文中设计、制作的钢结构-玻璃人行桥模型,开展了考虑人-结构相互作用的人-桥耦合系统动力特性分析、动力响应分析。本文的主要研究内容和结论如下:(1)人-桥相互作用试验研究。设计并制作了一座钢结构-玻璃人行桥模型作为试验平台,试验总结了人-桥相互作用规律,并与等重质量块对比,结果表明:静立人体对人行桥模型频率的降低作用大于质量块,且静立人体能显著提高人行桥模型的有效阻尼比,而同重质量块对人行桥模型的阻尼比基本无影响。因此,静立人体等效为同重质量块的等效方法存在明显的误差,在对轻型结构进行动力特性和动力响应计算时,需考虑人-结构相互作用。(2)人-桥相互作用对人行桥动力特性的影响分析。基于三种静立人体模型建立的人-桥耦合系统的运动方程形式基本相同,不同之处主要体现在三者质量矩阵中的人体振动质量、模态质量,以及刚度矩阵和阻尼矩阵中的模态质量的取值。三种人体模型与混凝土、钢结构-玻璃两种人行桥模型耦合的计算结果与试验值对比,验证了三种人体模型具有一定的可靠性及广泛适用性。人群-桥耦合系统参数分析,表明了人行桥频率、阻尼比变化分别相对人-桥质量比、人-桥频率比较为敏感。(3)人-桥相互作用对人行桥动力响应的影响分析。三种人体模型对混凝土、钢结构-玻璃人行桥动力响应的影响规律一致,分析表明:人行桥的动力响应对人-桥耦合系统的频率最为敏感,行人步频与人-桥耦合的频率越接近,人行桥的动力响应越大,特别是人行桥基频与步频相等,或者是其整数倍时,即会发生人-桥共振反应,而且基频落入行人正常行走步频范围内的人行桥的峰值响应远远大于其他频带。桥上留驻人群使共振频率发生变化,且其附加阻尼效应能使响应降低。所以,为避免人-桥共振或保证人行桥动力响应计算的准确性,有必要考虑桥上静立人群对人行桥频率和阻尼比的影响。
【图文】：

模型图,大学人,模型

Sheffield大学人行桥模型

模型图,大学人,丹麦,技术

图 1-2 丹麦技术大学人行桥模型Fig.1-2 Footbridge model of the Danish University of Technology
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441.3

【参考文献】