【摘要】：近年來,伴隨著旅游資源開發(fā)項目在各地興起,許多名勝景點修建了越來越多更大跨度、更為輕質(zhì)、更為纖細和更為美觀的人行橋,此類人行橋結(jié)構(gòu)具有較低的自振頻率和較小的阻尼,更易受到人致振動的影響。而作用在結(jié)構(gòu)上的人作為引起結(jié)構(gòu)振動的主要因素,其作為一個獨立的動力系統(tǒng),具有自身的動力特性,其與結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的相互作用會不同程度地改變結(jié)構(gòu)的動力特性,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)被高估,進而影響振動舒適評估的準確性。因此,為了考慮人-人行橋相互作用,選擇合理的人行荷載模型在大跨輕柔人行橋的人致振動舒適度評估過程中顯得至關(guān)重要。當人行橋因行人的作用發(fā)生振動時,此時作用在人行橋上的人才是對振動最主要、最直接和最明顯的感知者,但不同性別、不同年齡、不同姿勢的人對結(jié)構(gòu)不同方向振動的敏感度差異很大。而在現(xiàn)有的規(guī)范中,大都是以激勵-傳播下結(jié)構(gòu)的峰值加速度響應(yīng)限值作為間接評價人的振動舒適度標準,而對人的舒適度感知水平?jīng)]有直接的定義,其存在較大的主觀性,導(dǎo)致人行橋振動舒適度評估值與人的實際感知水平不一致。此外,多數(shù)研究者僅通過對比類共振情況下結(jié)構(gòu)的峰值加速度響應(yīng)這一單一確定值與規(guī)范規(guī)定的加速度上限值來評估人行橋的振動舒適度。但事實上,由于行人步頻的隨機性,以及作為人行橋振動感知者分布的隨機性,舒適度評估結(jié)果應(yīng)以行人步頻范圍內(nèi)出現(xiàn)振動舒適度的概率顯示,而不是以類共振情況下人行橋某特定位置的確定性評估結(jié)果顯示。對人行橋發(fā)生的過量振動問題,目前大都通過在結(jié)構(gòu)上安裝某些減振控制裝置,進而達到改善結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、抵御外界荷載的目的,其中調(diào)頻質(zhì)量阻尼器作為一種常用被動控制裝置在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,其能對自振頻率分布較分散的結(jié)構(gòu)在共振頻率附近較窄頻帶內(nèi)的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)進行有效地控制。但是,目前鮮有研究者在人行橋的設(shè)計階段通過在不同結(jié)構(gòu)的支座處設(shè)置不同的半剛性控制裝置進而調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基頻,使其盡可能遠離行人的步頻范圍,避免人激共振現(xiàn)象的發(fā)生,達到控制結(jié)構(gòu)過量振動的目的。因此,本文在研究上述問題的過程中,選取合理的行人荷載模型,考慮人-人行橋相互作用,采用概率的形式,展開了基于“激勵-傳播-感知”全路徑的振動舒適度評估研究,對過量振動分別采用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和半剛性裝置進行減振控制,并對兩種方式的減振效果進行對比分析。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)建立行人激勵下的梁式結(jié)構(gòu)的振動控制方程,采用小波微分求積-積分求積(WDQ-IQ)法對控制方程進行離散化,然后通過對比分析該方法和振型疊加法計算所得到的加速度響應(yīng),驗證WDQ-IQ法在求解微分控制方程時的精確性和可靠性。(2)建立鉸接邊界條下行人-人行橋耦合系統(tǒng)的控制方程,利用WDQ-IQ法對控制方程進行離散化,采用Newmark法求解考慮行人-結(jié)構(gòu)相互作用下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng),并與行人激勵下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)進行對比,進一步說明在進行人致振動舒適度評估時,考慮行人-結(jié)構(gòu)相互作用的重要性和必要性。此外,探討在行人步頻范圍內(nèi)考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響,并通過累計概率的方法對振動舒適度進行綜合評估;(3)將不同工況下計算得到的結(jié)構(gòu)峰值加速度響應(yīng)和選取的規(guī)范所規(guī)定的峰值加速度限值進行對比,對不滿足舒適度限值要求的工況采用TMD進行減振控制,并評判TMD在類共振條件下的減振效果。最后,通過累計概率的形式表明TMD對行人步頻范圍內(nèi)的整體減振效果;(4)采用半剛性裝置對結(jié)構(gòu)進行減振控制。建立半剛性邊界條件下行人-人行橋耦合系統(tǒng)控制方程,進而求解不同剛度比對應(yīng)的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng),并與鉸接、規(guī)范限值及TMD控制下的動力響應(yīng)進行對比,說明半剛性邊界條件中的剛度比對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響,并對其減振效果進行評估;(5)首先建立基于激勵-傳播-感知全路徑的耦合系統(tǒng)的控制方程,利用WDQ-IQ法對控制方程進行處理,采用Newmark法求解結(jié)構(gòu)和感知者(跨中站立人)的動力響應(yīng),在將二者進行比較的同時與規(guī)范規(guī)定的振動舒適度的加速度限值進行對比,對不滿舒適度要求的,進行TMD控制和半剛性控制,并將不同減振方式下結(jié)構(gòu)和感知者的動力響應(yīng)與不采用減振控制措施的進行對比,綜合評價減振效果。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U448.11
【圖文】：

第 1 章 緒 論1.1 課題的研究背景及意義1.1.1 課題的研究背景隨著我國城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市交通流量也在不斷增多，在城市交通中普遍采用人行天橋作為一種基礎(chǔ)設(shè)施，來減緩逐年不斷增長的城市交通運行負擔，來保證人群和車輛雙方的通暢與安全，使得城市交通趨向于立體化和人車分流[1-2]。近年來，伴隨著旅游資源開發(fā)項目在全國各地的興起，在許多名勝景點都修建了大量的人行橋。圖 1.1 為位于沂蒙山旅游區(qū)世界第一跨度人行懸索橋；如圖 1.2 為主跨 130m 的張家界大峽谷玻璃人行橋；圖 1.3 為劉家峽太極橋。由此可見，此類柔性大跨人行橋以其強大的跨越能力，獨特的造型，與景區(qū)環(huán)境的協(xié)調(diào)等優(yōu)點，目前已得到了廣泛青睞與應(yīng)用。

第 1 章 緒 論1.1 課題的研究背景及意義1.1.1 課題的研究背景隨著我國城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市交通流量也在不斷增多，在城市交通中普遍采用人行天橋作為一種基礎(chǔ)設(shè)施，來減緩逐年不斷增長的城市交通運行負擔，來保證人群和車輛雙方的通暢與安全，使得城市交通趨向于立體化和人車分流[1-2]。近年來，伴隨著旅游資源開發(fā)項目在全國各地的興起，在許多名勝景點都修建了大量的人行橋。圖 1.1 為位于沂蒙山旅游區(qū)世界第一跨度人行懸索橋；如圖 1.2 為主跨 130m 的張家界大峽谷玻璃人行橋；圖 1.3 為劉家峽太極橋。由此可見，此類柔性大跨人行橋以其強大的跨越能力，獨特的造型，與景區(qū)環(huán)境的協(xié)調(diào)等優(yōu)點，目前已得到了廣泛青睞與應(yīng)用。

第 1 章 緒 論1.1 課題的研究背景及意義1.1.1 課題的研究背景隨著我國城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市交通流量也在不斷增多，在城市交通中普遍采用人行天橋作為一種基礎(chǔ)設(shè)施，來減緩逐年不斷增長的城市交通運行負擔，來保證人群和車輛雙方的通暢與安全，使得城市交通趨向于立體化和人車分流[1-2]。近年來，伴隨著旅游資源開發(fā)項目在全國各地的興起，在許多名勝景點都修建了大量的人行橋。圖 1.1 為位于沂蒙山旅游區(qū)世界第一跨度人行懸索橋；如圖 1.2 為主跨 130m 的張家界大峽谷玻璃人行橋；圖 1.3 為劉家峽太極橋。由此可見，此類柔性大跨人行橋以其強大的跨越能力，獨特的造型，與景區(qū)環(huán)境的協(xié)調(diào)等優(yōu)點，目前已得到了廣泛青睞與應(yīng)用。

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