【摘要】：基于行人動(dòng)力學(xué)模型,研究了人-橋豎向動(dòng)力相互作用。行人動(dòng)力學(xué)模型采用以行人步頻和體重表示的剛度-質(zhì)量-阻尼(SMD)模型,人行橋假定為Euler-Bernoulli梁模型,建立人-橋豎向動(dòng)力相互作用控制方程。采用狀態(tài)空間法進(jìn)行非比例阻尼系統(tǒng)瞬時(shí)模態(tài)的求解,得到系統(tǒng)的時(shí)變頻率和阻尼比;利用變步長(zhǎng)四階五級(jí)Runge-Kutta-Felhberg算法求解時(shí)變控制方程,對(duì)比分析考慮人-橋豎向動(dòng)力相互作用和只在人行荷載作用下人行橋的動(dòng)力響應(yīng)。結(jié)果表明:考慮人-橋動(dòng)力相互作用,人行橋自振頻率略有降低,阻尼有顯著增大;當(dāng)行人以人行橋的頻率行走時(shí),考慮人-橋豎向動(dòng)力相互作用結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)比不考慮人-橋相互作用顯著降低。
【圖文】：

，沒(méi)有深入探討行人對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響。筆者在已有研究成果基礎(chǔ)上，建立人橋豎向動(dòng)力相互作用控制方程，由于結(jié)構(gòu)阻尼較低，人體阻尼較高，使得人橋豎向動(dòng)力耦合系統(tǒng)是非比例阻尼系統(tǒng)，采用狀態(tài)空間法進(jìn)行瞬時(shí)模態(tài)的求解，得到系統(tǒng)的時(shí)變頻率和阻尼比；由于行人在人行橋的不斷移動(dòng)，使得人橋豎向動(dòng)力相互作用系統(tǒng)是時(shí)變系統(tǒng)，利用變步長(zhǎng)四階五級(jí)Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ－Ｆｅｌｈｂｅｒｇ算法求解控制方程，對(duì)比分析考慮人橋豎向動(dòng)力相互作用和只在人行荷載作用下人行橋的動(dòng)力響應(yīng)。１人橋豎向動(dòng)力相互作用控制方程圖１所示為由行人和人行橋組成的耦合動(dòng)力系統(tǒng)。人行橋假定為均勻截面的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁，Ｌ為人行橋跨度，，ＥＩ為人行橋的抗彎剛度（Ｅ為彈性模量，Ｉ為慣性矩），ｍ為人行橋單位長(zhǎng)度的質(zhì)量。行人模型由圖１人橋豎向動(dòng)力相互作用示意圖Ｆｉｇ．１Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ－ｂｒｉｄｇｅｄｙｎａｍｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌ９４重慶大學(xué)學(xué)報(bào)第４０卷

６３ｍ，該橋全重２００００ｋｇ。在文獻(xiàn)［１６］中把該人行橋主跨部分近似為簡(jiǎn)支梁，在本算例中沿用這一做法。該人行橋?qū)崪y(cè)得到的豎向前兩階模態(tài)參數(shù)為：ｆ１＝１．５２Ｈｚ，ξ１＝０．４２％，ｍ１＝２７５０ｋｇ，ｆ２＝１．８６Ｈｚ，ξ２＝０．７０％，ｍ２＝３６００ｋｇ。圖２所示為行人以１．７４Ｈｚ的步頻通過(guò)人行橋時(shí)，系統(tǒng)瞬時(shí)頻率變化情況，可以看出結(jié)構(gòu)瞬時(shí)頻率與空載時(shí)相比略有減少，而人體頻率有增大趨勢(shì)。結(jié)構(gòu)一階瞬時(shí)頻率在一階振型頂點(diǎn)處達(dá)到最小值，結(jié)構(gòu)二階瞬時(shí)頻率在二階振型兩個(gè)頂點(diǎn)處達(dá)到最小值，行人的瞬時(shí)頻率的兩個(gè)峰值介于結(jié)構(gòu)一階振型和二階振型頂點(diǎn)之間。這與早期的研究發(fā)現(xiàn)行人行走不改變結(jié)構(gòu)的頻率結(jié)果不一致［１７］，而與近期的研究結(jié)果吻合［１８］。圖２系統(tǒng)瞬時(shí)頻率Ｆｉｇ．２Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ－ｂｒｉｄｇｅｄｙｎａｍｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ圖３所示為行人以１．７４Ｈｚ的步頻通過(guò)人行橋時(shí)，系統(tǒng)瞬時(shí)阻尼變化情況，可以看出與空載時(shí)相比，均呈增大趨勢(shì)。結(jié)構(gòu)瞬時(shí)阻尼均在相應(yīng)振型峰值點(diǎn)處達(dá)到最大值，類(lèi)似于ＴＭＤ減振器，放置在相應(yīng)振型峰值點(diǎn)處，可得到最佳減振效果；人體最大阻尼出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)一階振型峰值點(diǎn)處。圖３系統(tǒng)瞬時(shí)阻尼比Ｆｉｇ．３Ｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ－ｂｒｉｄｇｅｄｙｎａｍｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ圖４所示為結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性隨行人行走步頻的變化率，變化率定義為考慮人橋相互作用時(shí)的動(dòng)力特性（頻率、阻尼比）極值與空載時(shí)值的差值再與空載時(shí)值的比值。從圖４中可以看出，考慮人
【作者單位】： 蘭州理工大學(xué)防震減災(zāi)研究所;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)(51508257,51578274) 教育部長(zhǎng)江學(xué)者創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(IRT13068) 甘肅省高等學(xué)�？蒲许�(xiàng)目(2015B-34)~~
【分類(lèi)號(hào)】：U441.3

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1 鄭迪;;集裝箱橋吊模擬器動(dòng)力學(xué)模型研究[J];現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè);2011年05期

本文編號(hào)：2524614