本文關(guān)鍵詞：基于人群—橋梁耦合振動理論的人行懸索橋振動研究及參數(shù)分析

  更多相關(guān)文章： 人行懸索橋 耦合振動 人體動力模型 參數(shù)分析 舒適度評價

【摘要】：隨著人行橋不斷向大跨、輕質(zhì)和低阻尼的方向發(fā)展,其自振頻率也隨之逐漸減小,這使得結(jié)構(gòu)在人群作用下更易發(fā)生明顯的振動,出現(xiàn)振動舒適性乃至使用安全性問題。因此,分析行走人群作用下的人行橋振動響應(yīng)已成為目前亟待解決的問題。然而,一方面,目前的研究通常以荷載模型模擬人群作用,忽略了人群與結(jié)構(gòu)之間的相互影響；另一方面,雖然人體模型的研究成果比較多,但大多用于分析靜止人群作用下的結(jié)構(gòu)動力特性,而很少用于分析行走人群對結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的影響,基于人群-橋梁耦合振動理論的參數(shù)分析更是少見。針對以上問題,本文主要進行了以下幾個方面的研究：(1)結(jié)合人行荷載模型和人體模型的研究成果,提出由時不變的主體質(zhì)量、主體剛度、主體阻尼和時變的耦合質(zhì)量組成的人體動力模型,同時以傅立葉級數(shù)模型表示人行側(cè)向荷載；分析行人與橋梁分別所受的荷載,建立人體動力平衡方程,并通過對比線性加速度法、Wilson-9法和Newmark法確定人體動力平衡方程的解法。(2)分析行人與橋梁之間位移和力的協(xié)調(diào)關(guān)系,提出基于協(xié)調(diào)關(guān)系并通過分別采用Newmark法求解人體動力平衡方程和完全法瞬態(tài)分析求解橋梁動力平衡方程來實現(xiàn)人橋耦合振動分析的方法；通過彈簧質(zhì)量系統(tǒng)、人體動力模型勻速通過簡支梁兩個算例驗證本文方法的可行性,并分析時間步長、荷載子步數(shù)和荷載施加方式對計算精度和求解效率的影響。(3)以某大跨度人行懸索橋為例,通過模態(tài)分析得到結(jié)構(gòu)的自振頻率,并通過對比各國規(guī)范的規(guī)定確定合理的阻尼比；根據(jù)本文提出的方法,結(jié)合頻譜分析,研究步頻、人群行走模式和人群密度等參數(shù)對耦合系統(tǒng)振動響應(yīng)的影響；通過對比各國規(guī)范對人行橋振動舒適度評價指標及其限值的規(guī)定確定合理的舒適度評價方法,從而實現(xiàn)容許上橋人數(shù)的估計。研究結(jié)果表明：本文提出的分析方法具有一定的可行性,且當時間步長為0.01s、荷載子步數(shù)為1時,該方法的計算精度和求解效率比較令人滿意；橋梁跨中的振動響應(yīng)受到步頻、人群行走模式和人群密度等因素中的兩種或三種的綜合影響,豎向和側(cè)向振動響應(yīng)的變化規(guī)律也有所區(qū)別；在對人行橋進行舒適度評價時,應(yīng)采用均方根加速度作為舒適度評價指標,并應(yīng)采用總乘坐值來考慮結(jié)構(gòu)豎向和側(cè)向耦合振動的情況,且總乘坐值應(yīng)小于0.5m/s2。
【關(guān)鍵詞】：人行懸索橋 耦合振動 人體動力模型 參數(shù)分析 舒適度評價
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U441.3;U448.25
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 人行懸索橋發(fā)展概述13-14
• 1.3 研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 人行橋人致振動理論研究14-15
• 1.3.2 人與結(jié)構(gòu)相互作用研究15-16
• 1.3.3 人體模型研究16-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線18-19
• 第2章 人體動力模型的提出與方程的建立19-40
• 2.1 人行荷載模型19-30
• 2.1.1 人行荷載特性19-22
• 2.1.2 單步落足荷載模型22-24
• 2.1.3 連續(xù)行走荷載模型24-29
• 2.1.4 人群荷載模型29-30
• 2.2 人體模型30-34
• 2.2.1 生物力學模型30-31
• 2.2.2 動力學模型31-33
• 2.2.3 本文提出的模型33-34
• 2.3 人體動力平衡方程及求解方法34-39
• 2.3.1 人體動力平衡方程34-35
• 2.3.2 橋梁所受荷載35-36
• 2.3.3 動力平衡方程的解法36-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第3章 人橋耦合振動的分析原理與方法40-58
• 3.1 位移與力的協(xié)調(diào)關(guān)系40-41
• 3.1.1 位移協(xié)調(diào)關(guān)系40-41
• 3.1.2 力的協(xié)調(diào)關(guān)系41
• 3.2 節(jié)點荷載及位移的轉(zhuǎn)換41-44
• 3.2.1 節(jié)點荷載的轉(zhuǎn)換42
• 3.2.2 節(jié)點位移的轉(zhuǎn)換42-43
• 3.2.3 坐標系的轉(zhuǎn)換43-44
• 3.3 人橋耦合振動的分析方法44-57
• 3.3.1 分析方法44-46
• 3.3.2 算法驗證46-52
• 3.3.3 時間步長的影響52-54
• 3.3.4 荷載子步數(shù)和荷載施加方式的影響54-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第4章 人群-橋梁耦合系統(tǒng)振動響應(yīng)研究及參數(shù)分析58-81
• 4.1 人行懸索橋模型58-64
• 4.1.1 工程概況58-59
• 4.1.2 模態(tài)分析59-61
• 4.1.3 阻尼比的取值61-64
• 4.2 影響參數(shù)及計算工況64-67
• 4.2.1 影響參數(shù)及取值64-66
• 4.2.2 計算工況66-67
• 4.3 振動響應(yīng)研究及影響參數(shù)分析67-73
• 4.3.1 振動響應(yīng)研究67-71
• 4.3.2 影響參數(shù)分析71-73
• 4.4 容許上橋人數(shù)分析73-80
• 4.4.1 人行橋振動舒適度評價73-76
• 4.4.2 舒適度評價方法的比較76-78
• 4.4.3 本文采用的舒適度評價方法78
• 4.4.4 容許上橋人數(shù)分析78-80
• 4.5 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論與展望81-83
• 致謝83-84
• 參考文獻84-91
• 攻讀碩士期間參與科研實踐項目91

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