對(duì)于大跨樓蓋、人行天橋、空中連廊、體育場(chǎng)看臺(tái)、長懸臂結(jié)構(gòu)、柔性樓梯等結(jié)構(gòu),人致結(jié)構(gòu)振動(dòng)舒適度問題日益突出,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不容忽視。人致振動(dòng)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(shí)測(cè)曲線的方法主要有直接測(cè)試法和間接測(cè)試法兩大類,但國內(nèi)對(duì)這兩類方法得到的步行荷載的對(duì)比研究較少,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)步行荷載參數(shù),如步頻、步長、動(dòng)力荷載因子、相位等的研究較多,但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為這些參數(shù)服從正態(tài)分布,對(duì)這些參數(shù)的細(xì)致分析較少。本文采用基于傳統(tǒng)測(cè)力板的直接測(cè)試法和基于加速度傳感器的間接測(cè)試法兩種方法同時(shí)開展步行荷載試驗(yàn),利用試驗(yàn)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(duì)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(yīng)。本文主要研究工作和成果如下:1.采用三塊測(cè)力板直接測(cè)試與新型MEMS AH100B型慣性傳感器間接測(cè)試相結(jié)合的方式,同時(shí)采集單人步行荷載。對(duì)66名健康成年人進(jìn)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(cè)試,共得到2444組有效加速度時(shí)程曲線及7332條有效單步荷載曲線。2.通過分析試驗(yàn)得到的單步荷載曲線,得到了步態(tài)時(shí)空參數(shù)(步頻、單步時(shí)長、重疊時(shí)間、重疊時(shí)間占單步時(shí)間的比例、步長、單步荷載特征力、特征時(shí)間點(diǎn)、單步力沖量、單步等效力)的統(tǒng)計(jì)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(jí)數(shù)模型,詳細(xì)分析了各階動(dòng)載因子及相位角的統(tǒng)計(jì)特性和分布規(guī)律。第一、二階動(dòng)載因子用步頻的線性函數(shù)表述,其余階動(dòng)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(xì)致分析了各參數(shù)的分布。與文獻(xiàn)中已有模型對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),不同荷載模型因?yàn)樵囼?yàn)對(duì)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(shí)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(dòng)分析。3.利用測(cè)力板采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù),按照單步拓展方法和復(fù)步拓展方法分別得到連續(xù)步行荷載時(shí)程曲線,建立了基于測(cè)力板直接測(cè)試力數(shù)據(jù)的單步拓展連續(xù)步行荷載模型(模型Ⅰ)、復(fù)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(shí)程數(shù)據(jù)建立了基于間接慣性測(cè)量加速度數(shù)據(jù)的連續(xù)步行荷載模型(模型Ⅲ);詳細(xì)分析了三種模型各參數(shù)的特點(diǎn)和分布規(guī)律。通過對(duì)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(gè)單步的特點(diǎn),計(jì)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(shí)的連續(xù)步行,能夠反映人真實(shí)連續(xù)步行荷載每步之間的“差異性”;復(fù)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(duì)比分析,由于實(shí)際結(jié)構(gòu)模態(tài)復(fù)雜,不同荷載模型由于相位角取值不同,對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的響應(yīng)也一定會(huì)有差異。4.以某典型的大跨鋼-混凝土組合試驗(yàn)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(yīng)。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(dòng)載因子的隨機(jī)性,施加隨機(jī)人群步行荷載,采用蒙特卡羅法進(jìn)行計(jì)算。通過分析可知,利用單人步行荷載構(gòu)建隨機(jī)人群荷載時(shí),步態(tài)參數(shù)的隨機(jī)性越大,則計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)的隨機(jī)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(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(dòng)舒適度問題。利用ANSYS軟件建立全橋有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析,并對(duì)該橋進(jìn)行環(huán)境激勵(lì)下的模態(tài)測(cè)試,得到結(jié)構(gòu)豎向基頻均小于3Hz,處于人活動(dòng)敏感頻率范圍內(nèi),需要計(jì)算振動(dòng)響應(yīng),同時(shí)采用TMD控制振動(dòng)。對(duì)該橋進(jìn)行移動(dòng)人群荷載下的動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試,得到減振前后不同工況下的振動(dòng)響應(yīng),評(píng)估實(shí)際減振效果,同時(shí)對(duì)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(duì)比模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)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(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)更加合理。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU311.3
【部分圖文】：

1步行特點(diǎn)[8]

其測(cè)試進(jìn)度顯然不如直接方法理想[9]。類間接測(cè)試方法是采用錄像分析、三維動(dòng)作捕捉、慣性傳感器甚取運(yùn)動(dòng)時(shí)人體的步態(tài)特征，經(jīng)過相應(yīng)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(xué)的陳雋課題組[9]利用醫(yī)院領(lǐng)域常用的光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)（M，MCT）并結(jié)合測(cè)力板等設(shè)備，開展了三維步態(tài)分析試驗(yàn)，獲得程中的一系列時(shí)空參數(shù)。試驗(yàn)中需要在測(cè)試者身體關(guān)鍵部位布置，然后利用多個(gè)高速攝像機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉。與傳統(tǒng)的僅采用測(cè)力新手段可以比較全面的獲得行人運(yùn)動(dòng)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(xué)杜永峰課題組[36,37]也利用類似的加速度傳感器測(cè)上行走時(shí)的三向荷載時(shí)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(jì)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(xué)者利用各種不同的傳感器系統(tǒng)測(cè)量人體步態(tài)參數(shù)，不同傳感器系統(tǒng)測(cè)量的人體步態(tài)參數(shù)的差異[39,43]。圖 1.2.2 為文獻(xiàn)測(cè)試者腰部（接近人體質(zhì)心位置）的加速度傳感器測(cè)得的不同運(yùn)下的加速度時(shí)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(duì)該模型的實(shí)際應(yīng)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(jì)算公式如下：10.8 1.01.85 1.0pn dNn d = (1-2)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)舒適度相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)，等效面均布荷載系數(shù)的變化情況。
【參考文獻(xiàn)】

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1 李強(qiáng);單美弟;黃銘楓;陳駒;馮鶴;;鋼桁架人行天橋的振動(dòng)實(shí)測(cè)分析與舒適度評(píng)價(jià)[J];深圳大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版);2015年01期

2 陳雋;王浩祺;彭怡欣;;行走激勵(lì)的傅里葉級(jí)數(shù)模型及其參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[J];振動(dòng)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(yàn)建模[J];土木工程學(xué)報(bào);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(dòng)分析[J];工程力學(xué);2014年02期

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

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8 丁陽;米倉;;隨機(jī)人行激勵(lì)模型改進(jìn)及應(yīng)用[J];振動(dòng)與沖擊;2012年20期

9 陳雋;葉艇;彭怡欣;;拓展步行荷載對(duì)樓板振動(dòng)響應(yīng)影響的對(duì)比研究[J];振動(dòng)與沖擊;2012年18期

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1 潘寧;人行荷載下樓板振動(dòng)響應(yīng)舒適度研究[D];中國建筑科學(xué)研究院;2012年

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

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

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

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

本文編號(hào)：2864415