對于大跨樓蓋、人行天橋、空中連廊、體育場看臺、長懸臂結(jié)構(gòu)、柔性樓梯等結(jié)構(gòu),人致結(jié)構(gòu)振動舒適度問題日益突出,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中不容忽視。人致振動問題首要研究的是人行荷載模型。而單人步行荷載是研究人群荷載、構(gòu)建人群荷載的基礎(chǔ),了解單人步行荷載的特征非常關(guān)鍵。目前獲得步行荷載實測曲線的方法主要有直接測試法和間接測試法兩大類,但國內(nèi)對這兩類方法得到的步行荷載的對比研究較少,國內(nèi)外學者對步行荷載參數(shù),如步頻、步長、動力荷載因子、相位等的研究較多,但大多數(shù)學者認為這些參數(shù)服從正態(tài)分布,對這些參數(shù)的細致分析較少。本文采用基于傳統(tǒng)測力板的直接測試法和基于加速度傳感器的間接測試法兩種方法同時開展步行荷載試驗,利用試驗數(shù)據(jù)建立單步荷載模型及單人連續(xù)步行荷載模型,對比分析兩種方法得到的步行荷載差異,并以大跨鋼-混凝土組合樓板結(jié)構(gòu)和某人行橋結(jié)構(gòu)為載體,分析人行荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應。本文主要研究工作和成果如下:1.采用三塊測力板直接測試與新型MEMS AH100B型慣性傳感器間接測試相結(jié)合的方式,同時采集單人步行荷載。對66名健康成年人進行了自由行走工況及四種固定頻率行走工況(1.5Hz、1.8Hz、2.0Hz和2.3Hz)的測試,共得到2444組有效加速度時程曲線及7332條有效單步荷載曲線。2.通過分析試驗得到的單步荷載曲線,得到了步態(tài)時空參數(shù)(步頻、單步時長、重疊時間、重疊時間占單步時間的比例、步長、單步荷載特征力、特征時間點、單步力沖量、單步等效力)的統(tǒng)計特性及相互間的關(guān)系。構(gòu)建了考慮前五階諧波的單步荷載傅里葉級數(shù)模型,詳細分析了各階動載因子及相位角的統(tǒng)計特性和分布規(guī)律。第一、二階動載因子用步頻的線性函數(shù)表述,其余階動載因子用常數(shù)表示;相位角離散性大,用均值表示。利用常用的六種分布類型細致分析了各參數(shù)的分布。與文獻中已有模型對比分析發(fā)現(xiàn),不同荷載模型因為試驗對象及樣本數(shù)據(jù)的不同存在一定差異,本文模型能夠反映行人步行時單步荷載的基本變化規(guī)律,可用于行人步行荷載作用下結(jié)構(gòu)振動分析。3.利用測力板采集的試驗數(shù)據(jù),按照單步拓展方法和復步拓展方法分別得到連續(xù)步行荷載時程曲線,建立了基于測力板直接測試力數(shù)據(jù)的單步拓展連續(xù)步行荷載模型(模型Ⅰ)、復步拓展連續(xù)步行荷載模型(模型Ⅱ);利用人體質(zhì)心加速度時程數(shù)據(jù)建立了基于間接慣性測量加速度數(shù)據(jù)的連續(xù)步行荷載模型(模型Ⅲ);詳細分析了三種模型各參數(shù)的特點和分布規(guī)律。通過對比上述三種連續(xù)步行荷載模型的差異,得出結(jié)論:單步拓展連續(xù)步行荷載模型考慮了每個單步的特點,計算得到的步頻范圍較大;基于加速度的連續(xù)步行荷載模型考察的是一段真實的連續(xù)步行,能夠反映人真實連續(xù)步行荷載每步之間的“差異性”;復步拓展的連續(xù)步行荷載模型與基于加速度的連續(xù)步行荷載模型較接近。用基于加速度的連續(xù)步行荷載模型(模型Ⅲ)表示單人連續(xù)步行荷載更加合理可靠。相位角的離散性非常大,很難做有效的對比分析,由于實際結(jié)構(gòu)模態(tài)復雜,不同荷載模型由于相位角取值不同,對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的響應也一定會有差異。4.以某典型的大跨鋼-混凝土組合試驗樓板為例,分析人群自由行走情況下結(jié)構(gòu)的加速度響應。利用ANSYS軟件建立結(jié)構(gòu)模型,考慮自由行走狀態(tài)下步頻、相位角、動載因子的隨機性,施加隨機人群步行荷載,采用蒙特卡羅法進行計算。通過分析可知,利用單人步行荷載構(gòu)建隨機人群荷載時,步態(tài)參數(shù)的隨機性越大,則計算得到的結(jié)構(gòu)響應的隨機性越大;人群自由行走狀態(tài)下,結(jié)構(gòu)的最大加速度基本服從正態(tài)分布。5.采用有限元計算和現(xiàn)場測試相結(jié)合的方法研究了南京首座桅桿斜拉人行天橋的人致振動舒適度問題。利用ANSYS軟件建立全橋有限元模型進行模態(tài)分析,并對該橋進行環(huán)境激勵下的模態(tài)測試,得到結(jié)構(gòu)豎向基頻均小于3Hz,處于人活動敏感頻率范圍內(nèi),需要計算振動響應,同時采用TMD控制振動。對該橋進行移動人群荷載下的動力響應測試,得到減振前后不同工況下的振動響應,評估實際減振效果,同時對該橋有限元模型施加本文按照不同方法得到的三種連續(xù)步行荷載模型,通過對比模擬結(jié)果與實測結(jié)果,發(fā)現(xiàn)利用基于加速度得到的步行荷載模型(模型Ⅲ)計算結(jié)構(gòu)響應更加合理。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU311.3
【部分圖文】：

1步行特點[8]

其測試進度顯然不如直接方法理想[9]。類間接測試方法是采用錄像分析、三維動作捕捉、慣性傳感器甚取運動時人體的步態(tài)特征，經(jīng)過相應處理得到步行荷載。[31]、陳政清[32]、羅鵬[33]等均通過錄像方式獲得了行人步頻的分布學的陳雋課題組[9]利用醫(yī)院領(lǐng)域常用的光學式運動捕捉技術(shù)（M，MCT）并結(jié)合測力板等設(shè)備，開展了三維步態(tài)分析試驗，獲得程中的一系列時空參數(shù)。試驗中需要在測試者身體關(guān)鍵部位布置，然后利用多個高速攝像機進行運動捕捉。與傳統(tǒng)的僅采用測力新手段可以比較全面的獲得行人運動信息，可顯著提升荷載模型en 等[34]以及 Bocian 等[35]采用慣性傳感器記錄人體加速度，采用。蘭州理工大學杜永峰課題組[36,37]也利用類似的加速度傳感器測上行走時的三向荷載時程，該種傳感器需要佩戴在人體質(zhì)心位置ek 等[38]還研究了利用加速度計采集的人行走原始加速度數(shù)據(jù)得到處理方法。領(lǐng)域，眾多學者利用各種不同的傳感器系統(tǒng)測量人體步態(tài)參數(shù)，不同傳感器系統(tǒng)測量的人體步態(tài)參數(shù)的差異[39,43]。圖 1.2.2 為文獻測試者腰部（接近人體質(zhì)心位置）的加速度傳感器測得的不同運下的加速度時程。

2006 年的《法國指南》[73]與 2007 年的德國 EN03 規(guī)范[74]提出的人群荷載模型的規(guī)定基本相同，該模型常用于工程結(jié)構(gòu)分析中，下面給出該模型的規(guī)定，并對該模型的實際應用做一些簡單思考。1）規(guī)定法國指南規(guī)定了低密度（人群密度<1 人/m2）和高密度（人群密度≥1 人/m2）人群下的等效同步人數(shù)，其中，低密度下的等效同步人數(shù)與結(jié)構(gòu)阻尼比有關(guān)。設(shè)人群密度為d，加載面積為 A ，結(jié)構(gòu)阻尼比為 ，則加載人數(shù)為n = d A，不同人群密度下的等效同步人數(shù)pN 計算公式如下：10.8 1.01.85 1.0pn dNn d = (1-2)在進行結(jié)構(gòu)舒適度相關(guān)設(shè)計時，通常在加載區(qū)域施加均布面荷載形式的等效人群荷載，則等效面均布荷載系數(shù) /pCoef = N A。2）思考與討論下面簡單探討等效面均布荷載系數(shù)與加載面積、阻尼比及人群密度的關(guān)系。假定加載面積在 10-500m2之間變化，考察人群密度分別為 0.2、0.5、0.8、1.0、1.2 及 1.5 人/m2，結(jié)構(gòu)阻尼比分別為 0.01、0.03 及 0.05 時，等效面均布荷載系數(shù)的變化情況。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李強;單美弟;黃銘楓;陳駒;馮鶴;;鋼桁架人行天橋的振動實測分析與舒適度評價[J];深圳大學學報(理工版);2015年01期

2 陳雋;王浩祺;彭怡欣;;行走激勵的傅里葉級數(shù)模型及其參數(shù)的實驗研究[J];振動與沖擊;2014年08期

3 陳雋;彭怡欣;王玲;;基于步態(tài)分析技術(shù)的三向單足落步荷載曲線試驗建模[J];土木工程學報;2014年03期

4 韓建平;王洪濤;劉云帥;;基于概率性人行荷載模型的樓板結(jié)構(gòu)振動分析[J];工程力學;2014年02期

5 張志強;胡心一;張相勇;蘇冠興;;青島北站西廣廳減振設(shè)計[J];建筑結(jié)構(gòu);2013年23期

6 陳波;王鑫;劉浩;胡健;張文龍;黃雨田;;基于實測響應的斜拉人行橋人致振動舒適度研究[J];武漢理工大學學報;2013年07期

7 李曉瑋;何斌;施衛(wèi)星;;TMD減振系統(tǒng)在人行橋結(jié)構(gòu)中的應用[J];土木工程學報;2013年S1期

8 丁陽;米倉;;隨機人行激勵模型改進及應用[J];振動與沖擊;2012年20期

9 陳雋;葉艇;彭怡欣;;拓展步行荷載對樓板振動響應影響的對比研究[J];振動與沖擊;2012年18期

10 樊健生;陳宇;聶建國;;人行橋的TMD減振優(yōu)化設(shè)計研究[J];工程力學;2012年09期

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 潘寧;人行荷載下樓板振動響應舒適度研究[D];中國建筑科學研究院;2012年

2 袁旭斌;人行橋人致振動特性研究[D];同濟大學;2006年

3 宋志剛;基于煩惱率模型的工程結(jié)構(gòu)振動舒適度設(shè)計新理論[D];浙江大學;2003年

相關(guān)碩士學位論文 前6條

1 周晨;隨機人群荷載下大跨樓蓋振動響應分析[D];東南大學;2016年

2 羅鵬;大跨樓蓋結(jié)構(gòu)人群荷載模擬及振動響應分析[D];東南大學;2015年

3 魏結(jié)強;單人行走荷載模擬及大跨樓蓋振動響應與控制研究[D];東南大學;2015年

4 楊康;基于人—結(jié)構(gòu)相互作用大跨樓蓋振動響應及控制研究[D];東南大學;2015年

5 李泉;人致激勵下大跨人行橋及樓蓋隨機振動及優(yōu)化控制[D];清華大學;2010年

6 錢曉斌;行走作用下結(jié)構(gòu)振動的響應譜分析方法及人群作用分析[D];浙江大學;2005年

本文編號：2864415