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.     

车桥耦合振动的非平稳桥面激励的模拟

目的推导非平稳桥面激励的瞬时功率谱表达式,研究一维单变量非平稳桥面激励的生成方法,并分析非平稳桥面激励对车桥耦合振动系统的影响.方法基于经典Wigner谱理论,采用频谱表示法生成一维单变量非平稳桥面激励随机过程,并用改进Littlewood-Paley小波验证非平稳桥面激励数值模拟结果的有效性.结果车辆变速行驶所引起的桥面不平顺激励非平稳特征明显,其数值模拟结果的时变功率谱与理论功率谱吻合较好,充分说明了文中非平稳桥面激励生成方法的有效性和实用性.结论车辆行驶速度对桥面不平顺激励的幅值影响较大,匀速行驶的桥面激励幅值上下波动幅度大小接近,而减速行驶的桥面激励幅值变小,加速行驶的桥面激励幅值变大.非平稳桥面激励的车辆和桥梁振动响应大于平稳激励;相同的初始速度,车辆和桥梁的振动响应不随车辆加速度的提高而增大;相同的加速度,车辆振动响应随初始速度的提高有较大的波动,桥梁振动响应随初始速度的提高而增大;为保证桥梁运营安全和车辆乘坐的舒适性,应避免在桥上加速行车,特别是较大跨度的桥梁,其跨径越大,非平稳激励的车辆和桥梁振动响应就越大.     

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．     

基于随机行走模型的人致人行桥振动响应分析

为研究人致荷载中的随机性对人行桥结构振动响应的影响,首先,提出了四种考虑时—空多尺度的随机行走模型,对随机步行荷载激励下的动力学方程进行了解耦;其次,分析了每种模型的峰值加速度响应、桥上驻留人数以及人群占位区间上的变化规律;最后,对比研究了不同模型之间的区别。研究结果表明：有序排列模型(OAM)的响应值域范围较广,易出现大幅振动,人行桥峰值加速度出现时刻,人群荷载主要作用在跨中位置;随机分布模型(SDM)、随机到达模型(SAM)以及动态平衡模型(DEM)的峰值加速度响应均服从正态分布规律,且结构最大响应时人群主要分布在下桥端附近;SDM的驻留人数主要与初始时刻人数相同,DEM的驻留人数取决于稳态下的行人数,SAM则相对均匀;考虑行人行走随机性的四种模型可用于人致人行桥振动响应分析和舒适度评估。     

多工况激励下大跨度钢结构高铁站房振动响应的现场实测研究

基于太原南站钢结构站房健康监测系统,对站房结构在列车进站、出站、过站工况,人群检票进站工况以及施工荷载工况下钢结构站房的实测加速度响应数据进行分析,考察不同测试工况下钢结构站房的振动响应特性。结果表明:结构竖向加速度响应频率与列车加载频率呈倍频关系,站房在列车过站工况激励下的响应明显大于列车进站、出站工况,且均不会引起结构的显著振动;人群步频的1倍频与2倍频易激起结构竖向振动,但受步速限制,其等效峰值加速度(ESPA)最大值未超过规范限值;施工荷载激励频率在10 Hz以上,易激起X形钢柱竖向振动;等效峰值加速度曲线能较好反映加速度响应幅值的变化趋势,可用来评估大跨度站房结构的舒适度水平。     

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.     

基于改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度研究

针对现行人行桥设计规范舒适性评价结果过于保守的问题,首先,基于随机步行荷载模型,经过时程分析得到结构的峰值加速度及行人实感的最大响应分布,通过研究二者之间的相关关系,定义了振动响应折减系数,并建议采用行人实感最大响应作为人行桥舒适度指标;其次,建立了基于改进隶属度函数的烦恼率模型,给出了不同使用环境下的烦恼率曲线;最后,提出考虑行人实感和改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度评价方法,以荆州市某人行天桥为例,进行振动舒适度评价。研究表明:峰值加速度与行人实感响应具有显著的相关性,根据振动响应折减系数可建立对应关系;烦恼率拟合曲线与计算结果曲线的最大误差不超过3%,且变异系数取值不同带来的的影响不超过1%;与峰值加速度相比,考虑行人实感的烦恼率计算值与实测值更接近;该类结果对人行桥振动舒适度定量计算具有参考借鉴意义。     

基于烦恼率模型的人致人行桥振动舒适度分析

为实现人致人行桥振动舒适度定量计算,首先,在同一坐标系中研究隶属度函数与人行桥加速度响应之间的函数关系,联系桥上行人心理连续体上的感受区间呈非等距特征,提出基于Stevens幂函数定律的改进隶属度函数,将改进隶属度函数与传统计算公式及实验结果进行比较;其次,综合考虑行人主观反应随机性、个体差异性及变异性,建立人致人行桥振动烦恼率模型,为舒适度定量计算提供理论依据;最后,在基于烦恼率模型的分析方法框架之下建立人行桥竖向及侧向振动舒适度分析方法,建议同时考虑竖向及侧向耦合振动舒适度评价方法,并采用一个实桥分析案例对上述分析流程的应用进行说明。研究结果表明:隶属度与加速度响应之间呈指数函数关系,即服从Stevens幂函数定律;当加速度响应小于人体承受极限时,可采用逐级增量法对行人心理物理量进行描述;改进隶属度函数值与传统隶属度值、实验值之间的最大误差均不超过1%;竖向及侧向振动烦恼率曲线的误差不超过0.04,且变异系数的影响不超过3%;综合考虑人体在不同振动环境下的敏感程度,建议容许烦恼率指标取为22%,具体评估工作中不可忽略人行桥振动响应对容许烦恼率指标的影响;烦恼率计算值与实测值之间的误差不超过3%;该类结果可为在役桥梁振动舒适度定量计算提供直接参考。     

考虑支座失效的基础隔震结构振动台试验研究

为研究隔震结构在多向动力耦合激励下的动力响应和荷载传递路径,进行了一个缩尺比例为1∶4的三层平面不规则RC隔震框架结构振动台试验. 通过研究结构的加速度响应、位移响应、隔震支座内力响应、损伤跨梁混凝土和钢筋应变等,揭示了多向动力耦合激励下的抗倒塌性能. 进一步利用OpenSees有限元软件,分析了损伤跨梁内力和支座损伤指数分布规律. 研究结果表明：在双向水平地震和单个隔震支座突然失效引起的竖向不平衡荷载耦合激励下,失效点位置处结构的竖向动力响应显著增大,并发生明显的竖向变形;支座瞬时失效产生的动力效应对各支座内力均有影响,特别是对相邻支座的内力影响更加明显;支座瞬时失效产生的竖向不平衡荷载由空腹效应和梁端弯矩共同抵抗;支座瞬时失效对相邻支座损伤指数影响最大;在多向动力耦合激励下失效区域的动力响应比仅考虑竖向不平衡荷载下更显著,隔震层损伤指数分布相比地震单独作用下更加离散.     

匀加速行驶车辆与桥梁耦合振动的分析方法

为了分析匀加速行驶车辆与桥梁的相互耦合作用,在重点考虑了移动车辆的牵连惯性力及其行车加速度对桥梁竖向振动作用的条件下,建立了匀加速移动的四自由度车辆模型与桥梁耦合振动微分方程;利用有限元的求解方法,在匀加速移动车辆的初速度和加速度2个运动参数变化情况下,得出了桥梁的动挠度响应规律。数值分析表明:车辆初速度和行车加速度对桥梁动力系数影响较大;随初速度的增大,桥梁动力系数增大;随加速度的增大,桥梁动力系数先增大、后减小,存在一个最值区域。     

行人运动状态对人车碰撞事故中行人损伤的影响

为研究车辆与行人正面碰撞时行人运动状态对行人头部、胸部加速度的影响规律,根据国家车辆事故深度调查体系（NAIS）中的真实案例,利用PreSys软件建立假人与车辆正面碰撞的有限元模型,在此基础上,研究行人不同运动状态和车辆不同碰撞速度下行人的动力学响应及头部、胸部加速度变化情况。结果表明：碰撞速度30km/h时,行人行走状态下头部加速度最大,慢跑状态下行人头部加速度最小;碰撞速度50km/h时,行人不同运动状态下头部加速度差别不明显;行走、慢跑状态下,行人胸部的加速度随着碰撞速度增大而增大;奔跑状态下,行人胸部加速度峰值随碰撞速度的增加呈先减小后增大的趋势。     

路面激励Simulink模型的建立及其应用*

为了在汽车动力学中应用路面激励,基于滤波白噪声方法建立了路面激励的描述。分析了Simulink白噪声生成模块,基于滤波白噪声描述建立了路面激励Simulink模型,确定了空间下截止频率。基于路面激励Simulink模型,建立了汽车两自由度振动四分之一系统Simulink模型,在城市行驶的B级路面和车速范围对车身加速度、悬架动挠度、车轮动载荷和车轮加速度的车速特性进行了仿真。研究结果表明,基于滤波白噪声描述建立的路面激励Simulink模型和汽车两自由度振动四分之一系统的Simulink模型,既可以再现路面激励,也可以用于分析汽车振动响应量的车速特性。     

基于Hilbert Huang变换的多自由度参数辨识

Hilbert Huang变换（简称HHT）是近年来发展起来的一种新的时间序列信号分析方 法，特别对非平稳信号和非线性信号的分析有较好的适定性.该文结合HHT和状态变量分析 方法对多自由度系统的模态频率和阻尼比进行了辨识.首先，用经验模态分解对测得的激励 响应信号进行分解，然后对分解结果进行Hilbert变换，求出瞬时幅度和相位，再通过线性 最小二乘拟合求出模态频率和阻尼比.最后的仿真结果显示本文方法是可行的.     

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;...     

高速列车车内“声振”特性试验

为分析高速列车车内低频噪声主要来源,利用振动声辐射理论研究了车内声场特性与内饰板振动的关系.实验室半实物试验结果表明,内饰板振动和车内声场耦合响应特性在空气声和结构声传播过程中具有普遍适用性.应用该方法对某高速列车不同速度级、明线和隧道运行条件下的车内噪声特性进行分析.结果表明,列车运行速度越高,内饰板低频振动幅值增加越显著,这导致车内低频噪声的峰值更加突出.对于350km·h~(-1)速度工况,明线工况的低频噪声峰值主要来源于地板结构声辐射,而隧道环境下的噪声增加主要来源于侧墙和车顶结构的声辐射,并对各面板贡献度进行了定量化计算.最后,用工况噪声传递路径分析(OTPA)方法开展了噪声源贡献度定量化计算,结果表明,气动噪声所占比重最大,但振动激励的总和达60%,尤其是160Hz的峰值频率处,风机振动激励的贡献度最大.     

考虑气动升力激励的汽车振动响应分析

为研究气动升力激励对汽车悬架性能的影响,在Simulink建立滤波白噪声路面输入模型和气动升力激励模型。在不同车速下,分别对考虑气动升力激励和不考虑气动升力激励的振动模型进行仿真,对比分析两种情况下的车辆悬架系统评价指标。结果表明:考虑气动升力激励的车身加速度和不考虑气动升力激励时的差异很小;低速时,气动升力激励引起的悬架行程差异较小,高速时,气动升力激励会明显增大悬架动行程;低速时,气动升力激励引起的轮胎动载荷差异不明显,高速时,气动升力激励会使得轮胎动载荷略微增大。     

工程振动信号微积分敏感性及其应用研究

工程施工监测中常常需要监测振动速度信号或振动加速度信号,振动速度信号和振动加速度信号的频谱特性差别很大,进而影响后续分析.本文采用傅立叶变换的时域微积分性来分析工程振动信号频谱的微积分敏感性,并通过拉普拉斯变换求取结构振动傅立叶谱,自功率谱,频响函数,并分析它们微积分敏感性.通过频响函数分析了其微分敏感性的物理意义.通过对背景工程中高层建筑实测自然激励的振动信号,验证了频谱微积分敏感性,并分析了频谱微积分敏感性对于振动信号分析的影响.研究结果表明：工程振动信号在数学上由于傅立叶变换的时域微积分性质,使得傅立叶谱峰值的频率分布具有微积分敏感性,随着振动信号微分阶次的升高,高频成分逐渐升高,低频成分逐渐降低;由不同信号的频响函数表达式,对结构动刚度、阻抗、动质量的频率分布规律进行了阐述;不同监测信号对于高、低频成分的识别精度不同,对于结构物高、阶模态的识别精度亦不同,对于高阶的频率成分的识别建议进行振动加速度信号监测,对于低阶频率的识别建议采用振动速度信号监测.     

基于插值fast Fourier transform谐波分析的桥梁状态评估方法

桥梁的环境振动信号包含了各种环境噪声成分,如何从噪声影响中提取桥梁的真实自振频率,并进行桥梁状态评估是亟待解决的问题.本文对环境激励下的大跨桥梁响应信号进行了研究,根据环境激励在低频段近于平白噪声以及线性系统在环境激励下,各输出点测量信号之间相关函数与结构的脉冲响应函数具有相同的数学表达式——均是主频正弦函数的叠加这一特点,建立了插值fast Fourier transform(FFT)频谱校正技术分析各测点相关函数的方法.该方法能在白噪声背景下精确提取桥梁振动频率、幅度和相位等模态参数,简单实用,不仅能在线识别参数,而且对桥梁单点激励和多点同时激励均适用.将校正后的主频与三维有限元计算结果相对比,能对桥梁结构整体状态和工作性能进行评估.最后,一座实桥动力试验和计算结果证明了该方法的能有效用于运营条件下桥梁状态的评估.