行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

双向人群流疏导的人行桥减振控制研究

提出了通过布置障碍物进行双向人群流的疏导来控制结构振动的方法.利用考虑行人自停和减速避让的改进后的社会力模型对双向人群运动进行仿真模拟，将每个行人视为MSD模型建立人-结构相互作用的耦合系统以及振动控制方程，计算结构的振动响应.以实验室人行桥为算例，研究布置障碍物对行人步行特性的改变和对结构振动的影响，并从能量的角度解释了减振机理.算例结果表明，当双向人群密度超过0.6人/m2时引起的结构振动会导致行人产生不适感，在人行桥上布置4个障碍物后，双向分别有1人和2人的工况下减振率达到12.4%和13.1%，且输入结构的能量大幅降低，结构输出的质量动能、粘滞阻尼能和弹性应变能降低率分别达到38.46%、67.48%和50.68%.研究内容可为大跨人行桥的减振方法提供思路.     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

基于动柔度法的车-线-桥垂向耦合振动分析

利用动柔度的思想建立高速铁路车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学频域模型。将车辆看作具有10自由度的多刚体系统,推导出车辆系统的动柔度;将钢轨看作无限长Timoshenko梁、轨道板简化为自由-自由的Euler梁、桥梁简化为简支Euler梁,扣件系统和CA砂浆层用线性弹性阻尼单元模拟,从而建立线-桥垂向动力相互作用系统,利用动柔度的思想求得线-桥垂向动力相互作用系统的动柔度;利用线性化Hertz接触理论,将车辆系统与线-桥垂向动力相互作用系统耦合成车-线-桥垂向耦合振动模型。分别求解单位简谐激励、轮轨几何粗糙度激励下的轨道系统和桥梁结构的动力学响应,最后结合虚拟激励法求解轨道谱激励下的轨道系统和桥梁结构的随机振动响应。研究结果表明:利用动柔度思想建立的频域车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,具有逻辑清晰、求解快速的特点,能够直接求解系统在频域的动力学响应。     

列车通过连续钢桁梁桥时的动力响应研究

将列车-连续钢桁梁桥视为一个耦合的整体系统,采用桁段有限单元对连续钢桁梁桥进行离散,每节车辆采用具有21个自由度的二系弹簧车辆空间振动模型,列车与连续钢桁梁桥通过轮轨相互作用关系进行动力耦合,应用弹性系统动力学总势能不变值原理,建立列车-连续钢桁梁桥时变系统的整体振动方程;采用直接积分法计算了列车以不同速度通过2座连续钢桁梁桥时的桥上列车振动响应全过程,分析计算所得结果,可以得出2座桥梁行车安全的结论.     

基于实测数据的单自由度行人生物力学模型

为研究低频轻质梁板结构上行人-结构的相互作用,将人体等效为一个具有移动质量-阻尼-刚度(MMCK)的单自由度生物动力学力学模型,并依此建立其动力方程.首先,基于实测的大量数据采用最小二乘法求解耦合系统等效的非线性方程组得到生物力学模型中的质量、阻尼、刚度等输出参数.然后,通过统计分析其分布规律,对三个输出参数进行二次交叉乘积项拟合得到各参数与行人步频以及行人质量的回归关系式公式,建立单自由度生物力学模型.对回归的参数表达式与试验求解的参数进行对比分析,验证了该回归参数模型的合理性.     

道路交通引起城市人行钢桥振动特性分析

为了研究道路交通引起的城市人行钢桥振动特性,基于线性动力学理论,采用MSC.MARC建立全桥三维模型进行瞬态动力分析.通过对人行钢桥简化模型的动力求解,拟合出动力变化系数与频率比关系曲线,并对道路交通荷载引起的人行桥振动问题进行理论分析.按照实际人群密度和实测道路交通荷载激励分别计算了人行钢桥的动力响应.分析结果表明,在道路交通荷载激励下人行桥上部结构的振动较大,对于自振频率较高的城市人行钢桥,道路交通荷载对人行桥振动的影响更为明显,城市人行桥振动控制应当考虑综合激励环境下的影响.     

基于单人步行载荷参数的随机人群载荷模型

采用人行通道步行载荷测试系统,测试分析得到了单人步行载荷参数.在此基础上,综合考虑了人群分布、行人步频、步长、初始相位等随机因素,建立了一种随机人群步行载荷模型.以某人行桥为例,应用ANSYS有限元软件,对该桥在随机人群载荷作用下的动力学响应进行了分析.通过与实验测试的对比分析,表明采用该模型计算的人行桥响应与实验结果吻合性较好,从而验证了该模型的合理性与有效性.     

界面滑移、竖向掀起及剪切变形对钢-混凝土组合连续梁动力性能的影响

利用力的平衡原理及变形协调条件,在Euler梁和Timoshenko梁理论基础上,分别建立3种钢-混凝土组合梁动力学模型,通过推导相应动力学方程,编制计算分析程序,计算组合梁模型的弯曲振动频率、振型以及在各种动力荷载工况下的动力响应,并与ANSYS模拟结果进行比较分析,验证各种计算模型的合理性,讨论界面滑移、竖向掀起及剪切变形对组合连续梁振动特性和动力响应的影响程度.研究结果表明:考虑界面滑移和剪切变形影响时,组合梁自振频率明显降低,动力响应显著增大,而是否考虑竖向掀起对组合梁自振频率和动力响应均无明显影响;综合考虑3种因素影响的组合连续梁模型所得结果与ANSYS分析结果最符合,并能较好地模拟钢-混凝土组合连续梁的动力性能.     

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．     

静态人群-结构相互作用人行桥模态参数试验

针对静态人群-结构相互作用下人行桥模态参数影响进行试验研究,以实验室钢结构玻璃人行桥为研究平台.研究内容如下:测试环境激励下人行桥动力参数;测试静态人群作用在人行桥不同位置、不同姿势下结构的动力参数变化.结果表明:静态人群-结构相互作用下,随着作用人数增加,结构自振频率逐渐降低,阻尼比逐渐增大.坐姿对结构频率影响最大;...     

考虑横竖向车桥耦合曲线桥动力响应影响

为探究在有无横竖向车桥耦合作用下曲线桥的动力响应,通过运用有限元软件ANSYS建立三跨混凝土连续曲线桥模型和车辆模型,利用两者之间力的平衡条件和几何协调条件来模拟横竖向车桥耦合作用,并考虑车辆模型的横向振动,建立车—桥相互作用的动力学模型的方法研究了曲线桥的动力响应。结果表明：曲线桥前两阶振型主要以竖向振动为主,而高阶振型,弯扭耦合振动效应明显;70t车重作用下,1#跨中截面横向力最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了1.43%;1#跨中截面横向位移最大值比不考虑横竖向车桥耦合作用增大了10.25%。可见在对曲线桥进行动力响应分析时有必要计入车桥耦合作用;可以通过限载限重防治曲线桥的横向位移的产生。     

考虑负载时变的线路巡检机器人动态性能分析

巡检机器人进行越障时，受负载时变影响，会出现控制超调、振动等现象.在考虑负载惯量时变特性的情况下，研究了一种用于分析巡检机器人越障状态下动态性能的方法.对双臂线路巡检机器人的回转机构建立了基于双惯量模型的动力学方程，使用改进D-H法与拉格朗日法对机器人建模，具体包括分配坐标系，求解拉格朗日方程，利用惯性矩阵计算负载转动惯量等.通过选择合适的阻尼系数设计了控制器参数，利用阻尼系数与固有角频率的变化分析了机器人的动态性能变化.研究成果有助于对双臂巡检机器人越障时的动态性能进行分析，并可用于机器人的伺服控制参数调试.     

人行悬索桥竖向荷载作用下简化计算方法

为解决人行悬索桥在竖向荷载作用下计算挠度变形过程繁琐、有限元分析复杂等问题,根据人行悬索桥柔性较大的结构特征,忽略其加劲梁的刚度作用,考虑主缆IP点处位移、边缆垂度效应、几何非线性等因素,提出了一种简化计算方法.对不同跨度、不同矢跨比桥梁的主缆无应力长度和跨中挠度变形进行了试算,并根据试算结果对简化计算方法的适用范围和误差进行了分析,验证了计算方法的计算精度和适用范围.以跨度为117 m的人行悬索桥为例,利用本文计算方法对该桥分别在成桥状态和受竖向荷载作用时的悬索桥力学性能进行了分析,并与有限元分析和试验检测结果进行了比较.结果表明:本文所提简化计算方法实用性较好,能在实际工程中为人行悬索桥快速求解和有限元分析校核提供参考.     

支座扰动作用下的分数阶车-桥系统隔振特性分析

将实际工程中车辆在桥面运动的隔振作用简化为单自由度车-桥系统隔振体系,建立了分数导数阶车-桥隔振模型的运动平衡方程.不考虑桥梁蠕变所产生激励响应,利用三角函数计算车-桥模型在分数导数下的运动平衡方程.在此基础上得到了车辆的运动放大系数和传导比,分析了各参数的影响.讨论了实际应用中无阻尼条件下、任意隔振效率下的隔振静位移.     

基于ANSYS的齿轮动态应力强度因子的计算

以普通渐开线齿轮为研究对象,考虑时变刚度和固定的阻尼系数,建立齿轮振动微分方程,求出齿轮传动齿面动载荷;并基于ANSYS软件平台,建立齿根含裂纹的齿轮模型,利用APDL语言加载齿面动载荷和求解裂纹动态应力强度因子,得出其变化规律.     

随机车流作用下大跨度悬索桥振动分析

引入元胞自动机随机车流模拟方法,采用已建立的能考虑车辆空间振动的18个自由度整车模型模拟车流中重型车辆,利用单自由度车辆模型模拟车流中其他车型,模拟了能考虑邻近车辆对车流的影响桥上随机车流模型.通过车轮与桥面间的变形与接触力协调关系,建立了桥梁与车流耦合作用下运动方程.分析表明:车流中相邻车辆是否考虑对桥梁振动位移的影响较大,且随机车流作用下引起的悬索桥主梁及索塔的空间振动不能被忽视.     

基于损伤柔度曲率矩阵的人行天桥损伤识别研究

为了研究基于损伤柔度曲率矩阵的损伤识别方法在人行天桥上的适用性,将此方法用于人行天桥模型和实际工程的桥梁结构分析中。通过对人行天桥简支钢箱梁损伤前的完好结构及各类损伤工况下的损伤结构进行数值模拟,得到各工况下的这一损伤识别指标的损伤识别性能,对其进行分析。之后将此方法用于实际的人行天桥动力模态试验中,在随机环境激励的情况下使用动态信号采集分析系统对人行天桥进行动力模态试验。研究发现,损伤柔度曲率矩阵这一指标对于人行天桥具有良好的损伤识别性能,并且其抗噪声能力、微小损伤识别能力以及对于实际工程的适用性能皆有良好表现。