人群步行荷载等效动载因子及应用

人群步行荷载是大跨楼盖、人行桥等工程结构人致振动分析的基础。现有时域模型缺乏对人-人相互作用的考虑,频域模型形式复杂难以用于工程设计。对此,提出了一种简单有效的人群步行荷载等效动载因子模型,该模型基于二阶傅里叶级数,充分考虑人-人相互作用且适用于人群密度相关的多种交通状态。首先利用基于实测的人群步行荷载互功率谱模型进行了不同人数、主导步频、结构阻尼比下的单自由度系统响应模拟,进而依据结构响应等效的原则,由模拟结果拟合确定等效动载因子计算公式。利用已建成大跨结构的实测响应进行了验证,结果表明,该模型相比国内外现有规范方法具有更低的预测误差,可为大跨结构设计中人致振动舒适度和安全性评估提供参考。

地震与人群步行荷载作用下教学楼框架动力响应分析

教学楼按国家标准属于抗震重点设防类别建筑,结构安全性能十分重要。本文以某钢筋混凝土框架教学楼为研究对象,通过实测得到其在不同工况人行荷载下的动力特性,采用SAP2000有限元分析软件,建立其考虑填充墙和楼梯的三维有限元模型。通过与实测得到的动力特性比较,验证所建立的有限元模型的正确性,并以该有限元模型为基础完成了静止人群荷载与地震共同作用、步行人群荷载与地震共同作用两种工况下该钢筋混凝土框架教学楼的动力响应分析。结果表明:结构在人群步行荷载工况下的最大层间位移角较静止人群荷载工况更大,人群荷载不可当作静止荷载考虑;当同时考虑人行走向水平荷载作用时,结构的最大层间位移角会增大,人行走向水平荷载作用的影响不可忽略。

人群步行荷载的互谱模型及应用

将人群步行荷载视为联合平稳随机过程,由行人之间的相干函数与已有单人步行荷载自功率谱模型,提出高、低两种密度下考虑行人之间相干性的互功率谱模型。引入医学领域的三维动作捕捉设备,解决人群步行试验中多人同步、时空变化的测试技术难题。通过对有约束状态下不同人群密度状况中试验数据的分析,分别确定两种密度下人群的步行频率分布和时间差参数、相干函数取值。利用建立的互功率谱模型,结合随机振动理论,在行人位置固定的假定下计算结构检测点的加速度均方根。通过人行桥人群步行试验结果和荷载模型理论预测结果的对比,验证该模型的实用性,为人群步行作用下结构的响应分析和舒适度评估提供新的频域方法。

行人SMD模型参数对人群-结构耦合动力特性的影响

分析行人单自由度弹簧-质量-阻尼器系统中模型参数的随机特性,建立步行人群-结构耦合自由振动方程,采用复模态法求解得到结构的固有频率和阻尼比。研究行人频率、阻尼比和弹性质量对结构基频和阻尼比变化率的影响;应用Monte-Carlo仿真,得到不同频率结构在不同的人群与结构质量比下的基频和阻尼比的95%及5%分位点。分析表明,当空载结构与行人的频率比约为1.1时,结构基频和阻尼比的变化率最大;空载结构基频离行人频率范围较近时,质量比增大会使结构基频和阻尼比的随机散布增大。