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。     

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。     

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.     

基于拉丁超立方抽样的人群自由行走的等效行人数研究

由于行人行走具有随机性,为了克服采用随机振动理论计算行人引起人行桥振动响应往往计算量大的问题,通过拉丁超立方抽样生成样本,采用中心极限定理计算了人行桥响应,推导了多人通过简支梁人行桥结构振动响应计算公式,建立了该方法的计算理论和步骤.结果表明:与现有学者研究成果比较,验证了本文所提出的拉丁超立方抽样计算人群等效人数的方...     

基于行人动力学模型的人桥竖向动力相互作用

基于行人动力学模型,研究了人-桥竖向动力相互作用。行人动力学模型采用以行人步频和体重表示的刚度-质量-阻尼(SMD)模型,人行桥假定为Euler-Bernoulli梁模型,建立人-桥竖向动力相互作用控制方程。采用状态空间法进行非比例阻尼系统瞬时模态的求解,得到系统的时变频率和阻尼比;利用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法求解时变控制方程,对比分析考虑人-桥竖向动力相互作用和只在人行荷载作用下人行桥的动力响应。结果表明:考虑人-桥动力相互作用,人行桥自振频率略有降低,阻尼有显著增大;当行人以人行桥的频率行走时,考虑人-桥竖向动力相互作用结构的动力响应比不考虑人-桥相互作用显著降低。     

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。     

某人行桥动力响应分析建模与计算

旨在研究某人行桥在行人动力荷载下的动力响应.在建立结构动力模型和行人荷载模型的基础上,进行动力分析与计算,得到了结构动力响应.结果表明,在竖向和侧向振动方向上,最大感知加速度值均超过了限值.最后定量提出了TMD减振措施.     

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.     

基于行走行为研究的人群荷载作用下人致振动分析

以生物力学和交通领域相关研究为基础，提出了一种精细化的随机人群荷载作用下的人致振动分析方法。该方法首先以生物力学领域试验数据为基础，拟合人步行速度与步频之间的关系式，采用交通领域研究人流集度与人流速度关系模型，结合目前结构领域关于单人荷载模型的研究，建立精细化的随机人群荷载模型，推导该人群荷载模型下的结构动力平衡方程，采用自编程序对该方程进行求解，得出结构的人致响应。最后通过ISO2031标准对结构的人致振动舒适性进行评价。本文所建立的荷载模型，可以较好的考虑人群荷载对结构的作用，避免了目前人群荷载作用下人致振动分析参数取值的盲目性。     

人行桥人行激励振动及设计方法

对人行桥人行激励竖向振动的国内外现有规范和标准进行了比较研究 ,并探讨了针对侧向人行激振的振动使用性设计方法 .建议人行桥梁设计时应首先采用频率调整法 ,使结构自振频率尽量不落在敏感频率范围内 .不能达到频率要求时 ,再进一步采用动力响应法分析 .在参考国外规范的基础上 ,建议确定竖向和侧向人行激振荷载的计算公式 .该公式考虑了高阶分量的影响 ,还对人行桥振动舒适度标准进行了比较 ,认为参用英国规范的标准较为合理 .     

大跨度连廊人致振动分析与减振设计

综合目前人行荷载和舒适度评价的研究成果,模拟不同工况下单人、多人有序和随机荷载,对某大跨度钢结构连廊进行振动特性和舒适度分析.根据结构的振动特性,借鉴MTMD相关研究,对大跨度钢结构连廊进行MTMD减振设计.结果表明,利用MTMD减振系统可以有效地控制结构的竖向振动,满足舒适度的要求.     

环境激励下人行桥振动时频分析

为研究人行桥在不同环境激励下的振动响应规律,采用Hilbert-Huang变换对某人行桥在噪声激励、车辆荷载、行人荷载以及车辆-行人荷载耦合激励条件下的加速度响应进行分析。结果表明：噪声激励、车辆荷载、人行荷载、车辆-行人耦合激励条件下人行桥的加速度响应幅值逐渐增大,脉冲指标呈逐渐增加的趋势,功率谱幅值不断向高频段偏移。四种激励下,人行桥的加速度响应经过EMD分解后的前五阶IMF的方差贡献率及相关系数较大,且瞬时振幅和瞬时频率呈减小趋势;其能量分布随加速度幅值的增大逐渐增大,车辆荷载作用下其能量熵值最小,能量分布相对均匀。Hilbert-Huang变换对处理复杂环境激励下的桥梁振动响应具有较好的识别效果,本文的分析过程可为同类振动信号处理所借鉴。     

随机人行激励概率性均方根加速度响应计算

人行荷载受到步频、步长、行人自重、各阶谐分量动载系数和相位等参数随机性影响而具有显著的随机性,导致其荷载反应谱的随机性。给出了考虑到上述随机因素的反应谱,并且引入以均匀试验为基础的反应谱的计算方法解决计算工作量的问题。按照均匀试验构造代表性人行荷载时程的随机样本,在各个跨度、阻尼比的梁式结构上进行时程分析,获得反应谱曲线。在此基础上运用响应面和可靠度分析得到具有指定保证率的峰值加速度谱,并进行了频率、阻尼比和跨度等因素的敏感性分析,给出了最大加速度谱的一般计算式。     

地铁车站通道行人超越行为改进社会力模型研究

社会力模型由于模型机制原因,在行人微观仿真时无法实现主动超越行为,现有模型改进研究可通过不同方式实现主动超越,但未关注主动超越完整轨迹的实现和验证。本文以地铁车站通道内中低密度下的单向行人流为研究对象,通过行人步行轨迹分析主动超越行为的轨迹和心理特征。据此通过前进力、换道力、边际力组合构成驱动力,改进社会力模型,实现主动超越,通过速度-密度基本图、超越轨迹及超越行为等对模型有效性进行验证。结果表明,改进社会力模型在实现行人的主动超越行为的基础上,实现了行人返回超越前原始步行道的行为特征,可再现符合实际的行人主动超越轨迹。     

考虑共同避让行为的门诊大厅多向行人仿真

医院门诊大厅建筑面积大、服务功能多,导致多向行人冲突频繁发生,影响行人服务感受,在大厅的空间规划、设计及管理时应充分考虑行人的多向冲突特性.实地调研发现,医院门诊大厅行人聚集区域的共同避让行为主要受行人通视、两共同避让行人间步行方向夹角及二者间距影响.基于社会力模型原理,结合共同避让行为影响因素,引入共同避让时行人间吸引力,建立门诊大厅多向行人共同避让行为仿真模型.以某中医院门诊大厅为例,通过共同避让行为特征和行人流参数对比,验证了仿真模型的真实性,据此研究不同门诊大厅空间布局对行人走行质量的影响,得到现状服务人流量及门诊大厅面积下,门诊大厅行人聚集区域长宽比以1∶0.1 ～1∶0.6为宜的结论.该模型可对医院门诊大厅等行人多向冲突频繁空间进行定量分析,为该类空间规划、设计及管理提供理论支持及方法依据.     

岩石扰动蠕变试验系统的研发

给出了岩石扰动蠕变试验系统的研发过程，其中包括：恒载重力加栽系统的设计、气压加栽三轴箱的设计、扰动加栽系统的设计、变形测量系统的设计、扰动测量系统的设计等；也介绍了设计过程中选型、重要的设计计算和各子系统的主要技术参数及性能；并展示了整个系统的使用情况和应用前景。