【摘要】：當(dāng)結(jié)構(gòu)滿足功能性的需求后,人們對審美、空間的追求也越來越高。人行橋作為城市及風(fēng)景區(qū)等區(qū)域重要的組成部分,近年來取得了飛速的發(fā)展,但該類人行橋往往較為輕柔,自振頻率較低,易發(fā)生人-橋共振,引發(fā)結(jié)構(gòu)安全及舒適性問題。對于該類既有行走人群又有留駐人群的人行橋,現(xiàn)階段僅僅考慮了行走人群對人行橋的激勵(lì)作用,未考慮行走、留駐人群與結(jié)構(gòu)間的相互作用,國內(nèi)對此方面的理論與試驗(yàn)研究也很有限。本文在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,設(shè)計(jì)并制作了一座鋼結(jié)構(gòu)-玻璃人行橋模型,用于人-橋相互作用的試驗(yàn)研究,證明了考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用的必要性,并在已有研究的基礎(chǔ)上,選取了三種較為典型的靜立人體模型,結(jié)合國外的一座混凝土人行橋模型和本文中設(shè)計(jì)、制作的鋼結(jié)構(gòu)-玻璃人行橋模型,開展了考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用的人-橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力特性分析、動(dòng)力響應(yīng)分析。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)人-橋相互作用試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)并制作了一座鋼結(jié)構(gòu)-玻璃人行橋模型作為試驗(yàn)平臺,試驗(yàn)總結(jié)了人-橋相互作用規(guī)律,并與等重質(zhì)量塊對比,結(jié)果表明:靜立人體對人行橋模型頻率的降低作用大于質(zhì)量塊,且靜立人體能顯著提高人行橋模型的有效阻尼比,而同重質(zhì)量塊對人行橋模型的阻尼比基本無影響。因此,靜立人體等效為同重質(zhì)量塊的等效方法存在明顯的誤差,在對輕型結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算時(shí),需考慮人-結(jié)構(gòu)相互作用。(2)人-橋相互作用對人行橋動(dòng)力特性的影響分析�；谌N靜立人體模型建立的人-橋耦合系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程形式基本相同,不同之處主要體現(xiàn)在三者質(zhì)量矩陣中的人體振動(dòng)質(zhì)量、模態(tài)質(zhì)量,以及剛度矩陣和阻尼矩陣中的模態(tài)質(zhì)量的取值。三種人體模型與混凝土、鋼結(jié)構(gòu)-玻璃兩種人行橋模型耦合的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值對比,驗(yàn)證了三種人體模型具有一定的可靠性及廣泛適用性。人群-橋耦合系統(tǒng)參數(shù)分析,表明了人行橋頻率、阻尼比變化分別相對人-橋質(zhì)量比、人-橋頻率比較為敏感。(3)人-橋相互作用對人行橋動(dòng)力響應(yīng)的影響分析。三種人體模型對混凝土、鋼結(jié)構(gòu)-玻璃人行橋動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律一致,分析表明:人行橋的動(dòng)力響應(yīng)對人-橋耦合系統(tǒng)的頻率最為敏感,行人步頻與人-橋耦合的頻率越接近,人行橋的動(dòng)力響應(yīng)越大,特別是人行橋基頻與步頻相等,或者是其整數(shù)倍時(shí),即會(huì)發(fā)生人-橋共振反應(yīng),而且基頻落入行人正常行走步頻范圍內(nèi)的人行橋的峰值響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他頻帶。橋上留駐人群使共振頻率發(fā)生變化,且其附加阻尼效應(yīng)能使響應(yīng)降低。所以,為避免人-橋共振或保證人行橋動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算的準(zhǔn)確性,有必要考慮橋上靜立人群對人行橋頻率和阻尼比的影響。
【圖文】：

Sheffield大學(xué)人行橋模型

圖 1-2 丹麥技術(shù)大學(xué)人行橋模型Fig.1-2 Footbridge model of the Danish University of Technology
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U441.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2599937