基于随机行走模型的行人实感振动响应分析

针对人群荷载随机性对行人振动感知的影响,研究随机行走模型中行人感知振动响应动态变化规律.首先,基于随机人群行走模型,建立了考虑行人实感的竖向振动响应分析方法 .然后,对比分析不同随机行走模型下行人实感最大振动响应、出现时刻以及位置区间上的变化规律.最后,通过研究行人实感最大振动响应与结构跨中峰值加速度之间的相关关系,定义振动响应折减系数和变异系数,提出行人实感最大振动响应的近似计算方法 .研究结果表明:有序排列模型(Ordered Arrangement Model,OAM)、随机到达模型(Stochastic Arrival Model,SAM)、随机分布模型(Stochastic Distribution Mode, SDM)、动态平衡模型(Dynamic Equilibrium Model, DEM)4种人群行走模型下,行人实感的最大加速度响应服从近似的正态分布,OAM的值域范围大于其他3类模型;最大响应出现位置以及出现时刻取决于行人的行走方式,随人群密度增长无明显变化;OAM与SAM分布规律相同,出现时刻主要集中在总时程内的中间段,而SDM与DEM分布相对均匀;行人实感的最大响应计算值与实际值最大误差不超过5%.

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。

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.

随机人群运动荷载作用下大跨度连廊的振动响应

基于社会力模型,研究了随机人群运动荷载作用下大跨连廊结构的振动舒适度问题。通过结合交通学领域、生物力学领域对人群运动特性及人体运动参数的统计分析,对随机人群运动进行仿真,得到不同密度工况下,任意行人在任意时刻的步速、落点位置等参数,建立随机人群荷载模型,计算不同工况密度下结构的加速度峰值。研究表明,加速度峰值与行人步速关系很大,随着行人密度增大,行人速度减小,结构加速度响应则先增大后减小。根据得到的结构加速度峰值与行人密度关系曲线,可以找出出现结构振动舒适度问题的行人密度区间。

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。

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。

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。