【摘要】：基于行人動力學(xué)模型,研究了人-橋豎向動力相互作用。行人動力學(xué)模型采用以行人步頻和體重表示的剛度-質(zhì)量-阻尼(SMD)模型,人行橋假定為Euler-Bernoulli梁模型,建立人-橋豎向動力相互作用控制方程。采用狀態(tài)空間法進行非比例阻尼系統(tǒng)瞬時模態(tài)的求解,得到系統(tǒng)的時變頻率和阻尼比;利用變步長四階五級Runge-Kutta-Felhberg算法求解時變控制方程,對比分析考慮人-橋豎向動力相互作用和只在人行荷載作用下人行橋的動力響應(yīng)。結(jié)果表明:考慮人-橋動力相互作用,人行橋自振頻率略有降低,阻尼有顯著增大;當行人以人行橋的頻率行走時,考慮人-橋豎向動力相互作用結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)比不考慮人-橋相互作用顯著降低。
【圖文】：

，沒有深入探討行人對結(jié)構(gòu)動力特性的影響。筆者在已有研究成果基礎(chǔ)上，建立人橋豎向動力相互作用控制方程，由于結(jié)構(gòu)阻尼較低，人體阻尼較高，使得人橋豎向動力耦合系統(tǒng)是非比例阻尼系統(tǒng)，采用狀態(tài)空間法進行瞬時模態(tài)的求解，得到系統(tǒng)的時變頻率和阻尼比；由于行人在人行橋的不斷移動，使得人橋豎向動力相互作用系統(tǒng)是時變系統(tǒng)，利用變步長四階五級Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ－Ｆｅｌｈｂｅｒｇ算法求解控制方程，對比分析考慮人橋豎向動力相互作用和只在人行荷載作用下人行橋的動力響應(yīng)。１人橋豎向動力相互作用控制方程圖１所示為由行人和人行橋組成的耦合動力系統(tǒng)。人行橋假定為均勻截面的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁，Ｌ為人行橋跨度，，ＥＩ為人行橋的抗彎剛度（Ｅ為彈性模量，Ｉ為慣性矩），ｍ為人行橋單位長度的質(zhì)量。行人模型由圖１人橋豎向動力相互作用示意圖Ｆｉｇ．１Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ－ｂｒｉｄｇｅｄｙｎａｍｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌ９４重慶大學(xué)學(xué)報第４０卷

６３ｍ，該橋全重２００００ｋｇ。在文獻［１６］中把該人行橋主跨部分近似為簡支梁，在本算例中沿用這一做法。該人行橋?qū)崪y得到的豎向前兩階模態(tài)參數(shù)為：ｆ１＝１．５２Ｈｚ，ξ１＝０．４２％，ｍ１＝２７５０ｋｇ，ｆ２＝１．８６Ｈｚ，ξ２＝０．７０％，ｍ２＝３６００ｋｇ。圖２所示為行人以１．７４Ｈｚ的步頻通過人行橋時，系統(tǒng)瞬時頻率變化情況，可以看出結(jié)構(gòu)瞬時頻率與空載時相比略有減少，而人體頻率有增大趨勢。結(jié)構(gòu)一階瞬時頻率在一階振型頂點處達到最小值，結(jié)構(gòu)二階瞬時頻率在二階振型兩個頂點處達到最小值，行人的瞬時頻率的兩個峰值介于結(jié)構(gòu)一階振型和二階振型頂點之間。這與早期的研究發(fā)現(xiàn)行人行走不改變結(jié)構(gòu)的頻率結(jié)果不一致［１７］，而與近期的研究結(jié)果吻合［１８］。圖２系統(tǒng)瞬時頻率Ｆｉｇ．２Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ－ｂｒｉｄｇｅｄｙｎａｍｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ圖３所示為行人以１．７４Ｈｚ的步頻通過人行橋時，系統(tǒng)瞬時阻尼變化情況，可以看出與空載時相比，均呈增大趨勢。結(jié)構(gòu)瞬時阻尼均在相應(yīng)振型峰值點處達到最大值，類似于ＴＭＤ減振器，放置在相應(yīng)振型峰值點處，可得到最佳減振效果；人體最大阻尼出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)一階振型峰值點處。圖３系統(tǒng)瞬時阻尼比Ｆｉｇ．３Ｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ－ｂｒｉｄｇｅｄｙｎａｍｉｃｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ圖４所示為結(jié)構(gòu)動力特性隨行人行走步頻的變化率，變化率定義為考慮人橋相互作用時的動力特性（頻率、阻尼比）極值與空載時值的差值再與空載時值的比值。從圖４中可以看出，考慮人
【作者單位】： 蘭州理工大學(xué)防震減災(zāi)研究所;
【基金】：國家自然科學(xué)(51508257,51578274) 教育部長江學(xué)者創(chuàng)新團隊項目(IRT13068) 甘肅省高等學(xué)校科研項目(2015B-34)~~
【分類號】：U441.3

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1 鄭迪;;集裝箱橋吊模擬器動力學(xué)模型研究[J];現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè);2011年05期

本文編號：2524614