人行桥在行人荷载激励下的非平稳随机响应

采用虚拟激励法和微分求积法相结合的DQ-PEM法研究在行人荷载激励下人行桥的非平稳随机响应.与以往的虚拟激励法不同的是该方法以简单谱模型为基础,建立行人强迫函数的谱密度,求得多自由度体系人行荷载下的多模态.通过工程算例验证该方法的准确性与有效性,并进一步讨论不同速度和不同约束条件下梁式结构受行人荷载作用的随机振动问题.

基于Midas Civil的钢结构人行天桥荷载试验和承载力评价

文章基于Midas Civil有限元数值分析模型,采用等效弯矩原理施加荷载,对东莞市虎门镇黄河时装城路段的钢结构人行天桥进行荷载试验检测,测试结构重要受力部位的应力应变情况和变形分布规律,并将试验测试数据与理论分析数据进行对比,结果表明:该钢结构人行天桥的应力应变和刚度均满足规范要求,验证了桥梁的极限承载能力状态和正常使用极限状态良好。

单人步行荷载模型研究

对于大跨轻柔结构,人-结构竖向相互作用较为显著,要准确预测结构人致响应,需建立更加精细的单人步行荷载模型。在单自由度弹簧、质量和阻尼(SMD)模型中,引进包含亚谐分量的内部自激励,建立了更加精细的ASMD模型Ⅱ,并对其进行了实验验证。结果表明:当结构自振频率处于亚谐共振区时,需考虑亚谐分量的影响,其影响随人/结构质量比的增加更显著,忽略亚谐分量会导致计算结果偏小;处于倍频共振区时,不考虑人-结构相互作用的共振响应预测结果偏于保守;相比之下,ASMD模型Ⅱ能更好的预测结构人致竖向动力响应。

步行荷载作用下单跨人行桥振动的均方根加速度反应谱法

基于标准步行荷载模型,使用人行桥多点加载的计算模型,对单跨简支和固支人行桥在不同跨度、人行桥基频、线密度、阻尼比和行人步频等参数情况下的动力反应进行大量的计算。通过参数分析,拟合得到单个行人通过人行桥时产生的均方根加速度反应谱包络线公式,并与数值计算结果、部分学者和规范的推荐估算结果进行比较。探讨使用均方根加速度反应谱包络线公式求解边界条件不明确时人行桥动力反应的简化计算方法。

上下楼梯时人行荷载模型参数的试验研究

对试验获得的900组三向楼梯荷载时程,采用快速傅里叶变换,统计出各阶谐波动力荷载因子的分布规律并指出相位角的分布具有很大的离散性。采用小波变换得到单条荷载曲线的时频图,可以反映出人在行走过程中行走频率的变异性。最后将上下楼梯时人行荷载与已完成的楼板荷载就行走频率、幅值等参数进行比较,并将上楼梯与下楼梯的荷载参数进行比较,发现上楼梯时的人行荷载至少是楼板上荷载的150%,下楼梯时是楼板荷载的300%之多。

行人激励作用下室内旋转钢楼梯振动分析

由于其自身优美的曲线及轻盈的线条,近年旋转钢楼梯被广泛用于大型建筑内部。因其空间受力体系的特点有必要分析其在人群激励作用下的振动特性。针对行人在楼梯与平地上运动中落步曲线,步频、步幅等等不同,提出了适用于该类型空间结构振动分析的单人激励荷载模型。并针对室内旋转楼梯的特点提出了参考分析工况与人群激励作用下的振动数值分析方法。最后针对某工程实例进行了现场振动测试与数值计算,验证了所提出的单人激励荷载模型及人群激励作用下的振动分析方法。

人行荷载作用下大跨度梁加速度反应谱研究

加速度响应是舒适度评价体系的重要指标,同时由于结构设计阶段方案的频繁变更,如何快速有效地计算结构的加速度响应尤为重要。首先基于标准行人激励荷载模型,采用APDL建立大跨度简支梁在标准行人激励下的有限元的计算模型;然后对不同步频、阻尼、跨度及边界条件下的动力反应进行时程分析,得到最大加速度反应谱曲线;最后与部分学者推荐的结果进行比较分析。总体而言,标准行人激励荷载模型较为准确;且通过有限元分析消除了数值分析时用梁的挠曲函数代替梁横向位移反应产生的误差;并且解决了用第1振型加速度响应代替结构的加速度响应结果偏小的问题。

考虑荷载随机性的人行桥人致振动计算方法研究

随着人行桥大跨轻柔化的发展趋势,行人动力荷载逐渐攀升为人行桥设计中的控制荷载.然而,受行人荷载随机性的影响,如何计算人行桥的人致振动响应却成为桥梁工程设计人员最为棘手的问题.为了建立准确实用的人行桥人致振动响应计算方法,首先提出了改进后的基于瞬时步行参数的行人步行力随机性时域模型,并通过实测手段系统地研究了模型中包括个体间差异性以及个体内部变异性在内的行人步行参数的分布规律.在此基础上阐述了行人流步行过程模态力的集成,建立了行人作用下的人行桥人致振动的模态叠加分析法.本文以43#人行桥为例,将数值模拟结果与人致振动试验数据以及现有各国人行桥设计规范进行了综合的对比分析,验证了考虑随机性后的人行桥人致振动时域分析法的可靠性与实用性.

基于人群密度的随机人群荷载模型研究

人群同步率与行走步频对人行桥的结构振动响应影响较大,但既有随机人群荷载模型仅由单人荷载模型组合而成,并未考虑人群密度对结构振动的影响,建立可描述人群行走特征的随机人群荷载模型尤为重要。以某钢桁架人行桥为研究对象,采用现场振动测试试验与数值模拟的方法,研究人群密度对人行桥振动响应的影响规律,在既有随机人群荷载模型的基础上,提出一种考虑人群同步率与行走步频随人群密度变化而改变的随机人群荷载模型,并采用其他学者的相关试验数据对本文建立随机人群荷载模型的正确性进行了验证。研究结果表明:人群同步率和行走步频都会随人群密度的变化而改变;当人群密度小于1人/m^(2)时,人行桥振动响应与人群密度呈正相关,当人群密度超过1人/m^(2),人行桥振动响应随人群密度呈负相关;基于人群密度的荷载模型所得到计算值与试验值的相对误差为5.0%~12.2%,这证明本文建立的随机人群荷载模型能够较好模拟人群行走所产生的荷载效应。

基于连续行走的人行荷载模型参数实验

为建立人行荷载的傅里叶级数模型,采用新型微电子机械系统AH100B加速度传感器得到201人次、1 407条连续行走在楼板上的荷载曲线。根据姿态角形成的姿态矩阵可将载体坐标系下的三轴加速度转换到自然坐标系下,通过快速傅里叶变换计算人行荷载纵向、侧向和竖直方向前4阶动力荷载因子及相位角,得出用于解决结构振动舒适度问题的三向傅里叶级数荷载模型。采用小波变换得到单条荷载曲线的时频图,反映出单人在行走过程中行走频率的变异性。将荷载模型与已有的其他模型进行比较,验证了荷载模型的合理性及可行性,为解决大跨度结构人行激励产生的振动问题提供了参考。

ISO荷载模式下绍兴路跨线人行桥动力响应分析及舒适性评估

该文以绍兴路跨线人行桥为工程案例,以ISO荷载模式进行了动力相应分析,并将结果应用于跨线人行桥。

基于圆弧足底倒立摆模型的人-桥动力竖向相互作用研究

基于新型圆弧足底倒立摆模型,研究了人-桥竖向相互作用。将行人简化为集中质量和两条带有圆弧足底的支撑腿,利用Lagrange方程建立人与桥相互作用动力方程,采用变步长的四阶-五阶龙格库塔法进行数值求解;对比分析了行人通过刚性地面和振动桥面时竖向步行力、动载因子和质心位移的变化原因,并探讨了行人步频与动载因子、自激力之间的关系。研究结果表明:该双足模型能够准确的捕捉到行人质心和步态变化规律;行人通过振动桥面上时动载因子随着行人步频增大而增大;由于人-桥之间的相互作用导致竖向步行力具有一定的自激力性质,并且在不同的行人步频下自激力大小不同。

基于改进灰聚类模型的轨道站点设施匹配度评价

在大量实地调查的基础上,将站台、楼梯、换乘通道、闸机、安检作为关键设施;基于行人仿真技术,分析上述设施的客流密度变化特性,明确各类设施负荷度等级评定标准;最后,以客流密度为指标,构建可合理反映轨道换乘站设施匹配程度的灰聚类模型。通过对北京市5个典型站点进行灰聚类模型的评价应用,证明该模型能够客观反映站点设施之间的匹配程度。

某轻钢人行桥的力学特性研究及舒适度评价

在通过足尺静力试验校核MIDAS Civil有限元模型的基础上,对一座轻钢人行桥进行动力特性分析,并采用规范ISO 10137∶2007(E)提出的单人行走荷载模型,结合用同步行走人群代替随机行走人群的方法,计算不同工况下结构峰值加速度响应。此外,考虑人群质量对人桥系统总基频的影响,将人群质量逐级折算入人桥系统总质量,分析人群行走工况下的结构加速度响应。研究认为,该桥满足现有规范对于基频的要求,同时峰值加速度基本处于德国规范EN 03规定的舒适区间,但折算78%满载人群质量计算人桥系统基频时,峰值加速度相比不折算人群质量的情况明显增大,表明人群质量可以对系统基频产生显著影响,可能造成人桥系统基频落入行人步频范围内,导致人桥共振现象的发生。

人群荷载下楼盖结构随机振动分析方法与试验研究

在大跨楼盖结构振动舒适度分析中引入人群行走的随机性对揭示人群荷载下结构的随机振动特性和真实响应具有重要意义。围绕该问题,首先建立了基于社会力模型行走的随机人群步行荷载模拟方法,并结合蒙特卡罗法,提出了大跨楼盖时域随机振动分析方法。随后,考虑人群分布、步频、相位等因素的随机性,数值拟合了等效同步人数计算公式,建立了随机振动响应的等效确定性分析方法。最后,开展了楼盖结构模型动力试验,获得该楼盖模型的结构动力特性和随机振动响应,并与数值模拟结果进行对比分析。结果表明:随机模拟方法和等效确定性分析方法在各个工况下与楼盖结构模型动力试验的结果的平均误差分别为22.4%和21.50%。对比两种分析方法计算结果的误差,共振工况时随机模拟方法计算误差较对方要小,非共振工况时等效确定性分析方法计算误差则要小,实际工程分析可结合考虑。

人行激励下大跨度钢结构连廊舒适度分析

针对大跨度钢结构连廊的特点,采用有限元和自编程序相结合的方法,模拟不同工况,单人、多人有序和随机人群荷载模式,计算该结构的自振特性和动力加速度响应,并进行了不同工况下结构舒适度评价。结果表明,人行荷载频率的影响最大,其次是荷载类型、人群同步概率及人群的集度。

真实步伐荷载作用下人行桥振动及共振加速分析

人行振动荷载的准确模拟为精确计算人行桥人致振动响应的关键。为真实模拟单人行走过程对结构的作用,将考虑左、右脚空间交替前行的实测脚步步伐力作为人行振动荷载,提出真实步伐荷载作用下人行桥竖向振动响应计算方法,并通过一实际人行桥人致振动试验验证了该法的准确性;进一步将二阶超谐共振时简支人行桥跨中加速度峰值与各国规范、文献计算结果进行对比分析。计算结果表明,所提出的计算方法精度良好,可为人行桥振动舒适性评价提供精确人行振动荷载模型;由于人行振动荷载简化方法不同,根据不同规范、文献计算得到的二阶超谐共振时竖向加速度峰值相差较大,在人行桥设计中应予以关注。

悬挑环形廊桥的气动弹性模型试验

针对目前世界上最大悬挑环形玻璃廊桥的抗风设计,建立针对该类桥梁风效应的全气动弹性模型研究方法,以解决基于片条假定的经典桥梁风振理论无法应用于复杂风场下人行桥梁的三维风响应问题.该方法包括根据相似原理选择模型设计参数、针对复杂原型结构系统进行模型的工艺设计以及在风洞中模拟山地地貌造成的大攻角效应.这一方法还包括一种面向设计的计算方法,能够依据荷载效应求算静力等效风荷载分布.结果表明,提出的全气动弹性模型的试验与分析方法对解决复杂风场下复杂桥梁结构的三维风响应问题具有普遍适用性,不但能够提供满足这类结构抗风设计的气动稳定性、设计风荷载与风振加速度等各项参数,而且能够揭示这类结构风效应对结构参数的敏感度,有助于结构的优化设计.

四刚体人体行走模型及其人行荷载分析

为模拟人体行走过程中的力学行为,运用多刚体模型对人体进行简化建模,建立了四刚体‑四自由度的人体动力学模型。运用欧拉‑拉格朗日方程的方法推导了动力系统摆动阶段动力学方程。为了使四刚体模型的行走具有拟人性,使用贝塞尔曲线对驱动自由度的运动轨迹进行了规划,从而将多自由度的运动方程简化为求解单自由度常微分方程的边界值问题。将数值模拟结果与试验和荷载模型进行对比,验证了所建立模型的可行性。

基于荷载试验“321”贝雷片人行天桥力学特性分析

文中以福州市某“321”贝雷片人行天桥为案例,介绍其有限元模型、成桥荷载试验,并对荷载工况的贝雷片挠度、构件应变、动力特性等实测数据与模型提取的计算值进行对比分析。结果表明,贝雷片受力与有限元模型计算基本一致,理论计算可靠。