人群-桥梁耦合振动研究及参数分析.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of V01．42NO．5 第42卷第5期 UniversityTechnology 2014 Science May 2014年5月 (Natural Edition) 人群一桥梁耦合振动研究及参数分析术 陈舟 颜全胜 胡俊亮 黄仕平 余晓琳t (华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640) 摘要：根据交通流和生物力学的研究成果，将人体视为具有质量、刚度、阻尼的两自由 度系统，建立了人群过桥时人群一桥梁耦合系统的动力学模型，分析了人群对耦合系统动 力特性的影响，研究了不同行走模式时人群一桥梁耦合系统的动力响应和人致振动参数 敏感性．结果表明：人群使耦合系统产生了附加振型；人群集度和位置对耦合系统的动力 特性影响较大；行走人群对桥梁动力响应的影响主要取决于人群行走的频率是否与结构 竖向基频相接近，以及人群行走步调是否相接近；人群集度和行走速度对人群一桥梁耦合 系统的动力特性均有不同程度的影响．文中模型避免了计算人群与桥梁的耦合振动时参 数取值的任意性． 关键词：人群流；行走特性；耦合振动；动态响应；参数分析 中图分类号：U441．3；TU311．3 在城镇化建设中，不可避免地要建设大量人行 影响的研究还比较少见，有关人群对耦合系统动力 桥，随着人行桥的跨度越来越大，结构也日渐轻柔． 响应的影响的研究几乎没有，同时对人致桥梁振动 研究表明，当人行桥竖向基频低于5Hz、横向基频低 参数敏感性的研究也很少，且大多文献认为结构振 Hz_l。3 动响应就是人体振动响应，以结构的振动响应为指 于1．3 o时，与人行走的步频在同一区域，容易 引起人致桥梁振动问题，因此必须进行人行桥动力 标来评价人体振动响应，然而人体本身是一个振动 分析H7I．早期国内外大部分学者主要将人体考虑 体系，故上述评价显然不够合理． 为施加在桥上的作用力，这样不能很好地考虑人与 为此，文中首先运用交通流理论和人体生物力 结构的耦合作用．刘隆等旧。研究了均布人群对简支 学的研究成果，将行走的人群考虑为移动的人群流， 梁动力特性的影响，但没有具体研究均布人群对高 分析人群行走速度与频率、集度的关系，然后将人群 阶频率的影响；何浩祥等归。考虑了影响人群行走效 视为均匀分布的两自由度弹簧一质量体系，推导出 应的因素，建立了人与结构耦合的动力模型，对不同 人群过桥时3个不同阶段的人群一桥梁耦合系统的 的人群倍增因子计算方法进行了对比分析；陈建英 动力方程，并分析了人群一桥梁耦合系统的动力特 等_l叫建立了人一结构耦合模型，考虑单个人驻足在 性、人群致桥梁振动时程和人群致桥梁振动的参数 敏感性． 结构上对结构系统自振频率的影响；Venuti等¨u研 究了人行走时步速与步频的关系以及行走速度与人 1人群行走特性 群密度的关系；Pedersen等u2o将人的行走作用视为 简谐荷载，研究了随机行走下人行桥的振动参数敏 根据交通流、生物力学等研究，人群在行走过程 感性．但目前考虑人群行走时对人桥耦合动力特性