基于行人动力学模型的人-桥竖向动力相互作用

基于行人动力学模型,研究了人-桥竖向动力相互作用。行人动力学模型采用以行人步频和体重表示的刚度-质量-阻尼(SMD)模型,人行桥假定为Euler-Bernoulli梁模型,建立人-桥竖向动力相互作用控制方程。采用状态空间法进行非比例阻尼系统瞬时模态的求解,得到系统的时变频率和阻尼比;利用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法求解时变控制方程,对比分析考虑人-桥竖向动力相互作用和只在人行荷载作用下人行桥的动力响应。结果表明:考虑人-桥动力相互作用,人行桥自振频率略有降低,阻尼有显著增大;当行人以人行桥的频率行走时,考虑人-桥竖向动力相互作用结构的动力响应比不考虑人-桥相互作用显著降低。

人-桥竖向动力相互作用效应理论与试验研究

在人行桥人致振动现象中,行人对桥梁的振动具有双重作用效应,其一以外荷载的形式直接作用于桥梁结构上,表现为强迫驱动作用;其二则以"激励-振动-感知-步伐调整再激励"的反馈环作用形式发生在桥梁的整个振动过程中,表现为人-桥之间的动力相互作用。然而,在当前的人行桥人致振动问题研究中,有关人-桥动力相互作用效应(尤其是竖向)的研究成果较少,导致其在现有的人行桥人致振动响应计算方法中经常被忽略,从而直接影响到计算结果的可靠性。针对这一问题,首先从理论上建立反映行人步行特征的行人动力学模型,并从等效的观点研究振动环境下行人平衡控制理论,借用风工程中强迫振动气动导数识别的思想,提出人-桥动力相互作用效应的理论评价体系,并结合数值方法系统地研究人-桥动力相互作用效应;在此基础上通过试验手段,利用强迫振动法识别结构动力特性的相关理论,研究人-桥动力相互作用的整体效应;通过理论分析与试验结果相对比,进一步对人-桥动力相互作用效应的理论表达式进行修正、完善,最终给出以单人形式描述的人-桥动力相互作用理论表达式。