论文部分内容阅读
行人活动引起结构超预期振动是关系到结构使用性与安全性的重要问题。当人的激励频率接近结构频率时,人为保持自身平衡使得步频趋于与结构频率保持一致,此时结构与人产生动力共振相互作用。振动测试表明人会影响结构的频率以及阻尼等动力性能参数。目前针对结构人致动力特性的主要前沿研究是将人简化为具有集中质量、刚度-阻尼腿的运动双足模型,用于分析人致结构动力特性。但该模型的稳定性反馈机制还并不成熟,行人对于自身能量的变化过于敏感使的该模型难于处理较为复杂的行走方式或人群问题。针对上述结构人致振动研究中存在的问题,本文从理论和数值两方面进行深入研究,具体内容如下:(1)提出基于自驱动机制的双足行人-结构竖向动力相互作用理论,该理论能够适应复杂的双足迈步行为和动态人群环境。通过利用集中质量-弹簧-阻尼腿双足模型,建立了行人-结构竖向相互作用系统的运动方程,研究了步行双足人体对结构动力响应和动力特性的影响并和已有研究结果进行了比较。并对人体的质量、人腿刚度和阻尼以及步频等人体参数变化对结构动力特性的影响进行了分析。(2)基于社会力模型研究了运动双足人群对结构竖向动力响应以及动力特性的影响,同时研究了人群密度变化对结构动力响应和动力特性的影响。并基于人群均匀分布和同步运动假设提出了人群作用下结构动力特性的解析解,研究了人群规模变化对结构竖向动力响应以及动力特性的影响。(3)提出了基于自驱动机制的双足人致结构侧向运动理论。通过利用生物力学双足模型,建立了行人-结构系统的运动方程,研究了双足运动人体对结构侧向动力响应和动力特性的影响。并对人体的质量、人腿刚度和阻尼以及步频等人体参数变化对结构侧向响应和动力特性的影响进行了分析。(4)基于社会力模型研究了运动双足人群对结构侧向动力响应以及动力特性的影响,同时研究了行人数量变化对结构侧向动力响应和动力特性的影响。并基于人群均匀分布和同步运动假设提出了人群作用下结构侧向动力特性的解析解,研究了人群规模变化对结构侧向动力响应以及动力特性的影响,其对于解决工程实际问题具有参考意义。(5)基于行人自驱动机制提出了三维双足行人-结构动力相互作用理论,研究了步行过程中结构的侧向和竖向动力响应以及动力特性变化,并研究了步行过程中行人的空间三维动力响应。