基于改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度研究

针对现行人行桥设计规范舒适性评价结果过于保守的问题,首先,基于随机步行荷载模型,经过时程分析得到结构的峰值加速度及行人实感的最大响应分布,通过研究二者之间的相关关系,定义了振动响应折减系数,并建议采用行人实感最大响应作为人行桥舒适度指标;其次,建立了基于改进隶属度函数的烦恼率模型,给出了不同使用环境下的烦恼率曲线;最后,提出考虑行人实感和改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度评价方法,以荆州市某人行天桥为例,进行振动舒适度评价。研究表明:峰值加速度与行人实感响应具有显著的相关性,根据振动响应折减系数可建立对应关系;烦恼率拟合曲线与计算结果曲线的最大误差不超过3%,且变异系数取值不同带来的的影响不超过1%;与峰值加速度相比,考虑行人实感的烦恼率计算值与实测值更接近;该类结果对人行桥振动舒适度定量计算具有参考借鉴意义。     

考虑荷载随机性的人行桥人致振动计算方法研究

随着人行桥大跨轻柔化的发展趋势，行人动力荷载逐渐攀升为人行桥设计中的控制荷载．然而，受行人荷载随机性的影响，如何计算人行桥的人致振动响应却成为桥梁工程设计人员最为棘手的问题．为了建立准确实用的人行桥人致振动响应计算方法，首先提出了改进后的基于瞬时步行参数的行人步行力随机性时域模型，并通过实测手段系统地研究了模型中包括个体间差异性以及个体内部变异性在内的行人步行参数的分布规律．在此基础上阐述了行人流步行过程模态力的集成，建立了行人作用下的人行桥人致振动的模态叠加分析法．本文以43#人行桥为例，将数值模拟结果与人致振动试验数据以及现有各国人行桥设计规范进行了综合的对比分析，验证了考虑随机性后的人行桥人致振动时域分析法的可靠性与实用性．     

基于拉丁超立方抽样的人群自由行走的等效行人数研究

由于行人行走具有随机性,为了克服采用随机振动理论计算行人引起人行桥振动响应往往计算量大的问题,通过拉丁超立方抽样生成样本,采用中心极限定理计算了人行桥响应,推导了多人通过简支梁人行桥结构振动响应计算公式,建立了该方法的计算理论和步骤.结果表明:与现有学者研究成果比较,验证了本文所提出的拉丁超立方抽样计算人群等效人数的方...     

基于烦恼率模型的人致人行桥振动舒适度分析

为实现人致人行桥振动舒适度定量计算,首先,在同一坐标系中研究隶属度函数与人行桥加速度响应之间的函数关系,联系桥上行人心理连续体上的感受区间呈非等距特征,提出基于Stevens幂函数定律的改进隶属度函数,将改进隶属度函数与传统计算公式及实验结果进行比较;其次,综合考虑行人主观反应随机性、个体差异性及变异性,建立人致人行桥振动烦恼率模型,为舒适度定量计算提供理论依据;最后,在基于烦恼率模型的分析方法框架之下建立人行桥竖向及侧向振动舒适度分析方法,建议同时考虑竖向及侧向耦合振动舒适度评价方法,并采用一个实桥分析案例对上述分析流程的应用进行说明。研究结果表明:隶属度与加速度响应之间呈指数函数关系,即服从Stevens幂函数定律;当加速度响应小于人体承受极限时,可采用逐级增量法对行人心理物理量进行描述;改进隶属度函数值与传统隶属度值、实验值之间的最大误差均不超过1%;竖向及侧向振动烦恼率曲线的误差不超过0.04,且变异系数的影响不超过3%;综合考虑人体在不同振动环境下的敏感程度,建议容许烦恼率指标取为22%,具体评估工作中不可忽略人行桥振动响应对容许烦恼率指标的影响;烦恼率计算值与实测值之间的误差不超过3%;该类结果可为在役桥梁振动舒适度定量计算提供直接参考。     

行人动力学参数对大跨简支人行桥人致振动的影响分析

为研究行人动力学参数对大跨结构人致振动的影响,采用等效人体模型参数识别试验研究了人体模型的自振频率和阻尼比,编程求解了考虑人-结构竖向相互作用的人行桥人致振动方程,讨论了人体质量、人体刚度、人体阻尼及人行荷载等行人动力学参数对人行桥动力特性及人致振动响应的影响规律.结果表明,人行荷载模型中人体质量可取中国男性居民平均质量66.2 kg.等效人体模型的自振频率和阻尼比分别取为5.15 Hz和35.62%.人行荷载作用下,人行桥一阶瞬时频率先减小后增大,一阶瞬时阻尼比先增大后减小.随着人体质量或人体等效阻尼的减小,瞬时阻尼比和频率的变化幅度均有所减小,但随着人体等效刚度的减小,两者的变化幅度均有所增大.人行桥跨中均方根加速度响应随着人体质量或人体等效刚度的增大也相应增大,而人体等效阻尼对人行桥加速度响应的影响较小.采用不同人行荷载模型计算的人行桥均方根加速度最大值是最小值的1.83倍.     

楼板人致振动中单人行走荷载加载方法对比

采用APDL参数化编程,实现单人行走荷载的4种加载方法,并利用ANSYS瞬态动力分析软件,进行楼板振动数值分析.将数值模拟得到的楼板加速度峰值和均方根值与文献中的实测结果进行对比,分析了4种方法的优劣及适用性.结果表明:单步落足荷载加载模拟人行走作用下楼板振动时,不考虑双脚的重叠时间段得到的楼板加速度响应偏小,且误差较大;其他3种方法得到的楼板振动加速度峰值相差不大;傅里叶连续行走荷载在固定点加载得到的加速度均方根值,不能用来表征楼板舒适度;单人随机行走荷载加载与实际情况更为符合,是分析楼板振动响应较为精确的方法.     

人群集度荷载模型及人致振动模拟分析

针对大跨度楼板的人致振动问题,选取北京南站二层候车厅大跨度楼板作为研究对象.基于理想数学模型条件设定假设和等效荷载模型,改进并完善了2种适用于大跨度楼盖的人群荷载模型:人体步态参数服从概率分布的随机概率分布人群荷载模型,以及与交通学和生物学研究成果紧密结合的具有预测性的人群集度荷载模型.通过对比分析北京南站候车厅大跨度楼板在3种人群荷载模型作用下的结构振动响应情况,确定各荷载模型的适用范围并分析各自优缺点.结果表明:人群集度荷载模型对结构在人群荷载作用下加速度响应具有预测性,适用工况范围广.与传统的等效荷载模型相比,采用随机概率分布荷载模型作为结构激励荷载适合用来模拟人群自由行走工况.运用等效荷载模型及人群集度荷载模型模拟人群排队进站荷载工况得到的分析响应结果较为合理.     

基于行人动力学模型的人桥竖向动力相互作用

基于行人动力学模型,研究了人-桥竖向动力相互作用。行人动力学模型采用以行人步频和体重表示的刚度-质量-阻尼(SMD)模型,人行桥假定为Euler-Bernoulli梁模型,建立人-桥竖向动力相互作用控制方程。采用状态空间法进行非比例阻尼系统瞬时模态的求解,得到系统的时变频率和阻尼比;利用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法求解时变控制方程,对比分析考虑人-桥竖向动力相互作用和只在人行荷载作用下人行桥的动力响应。结果表明:考虑人-桥动力相互作用,人行桥自振频率略有降低,阻尼有显著增大;当行人以人行桥的频率行走时,考虑人-桥竖向动力相互作用结构的动力响应比不考虑人-桥相互作用显著降低。     

环境激励下人行桥振动时频分析

为研究人行桥在不同环境激励下的振动响应规律,采用Hilbert-Huang变换对某人行桥在噪声激励、车辆荷载、行人荷载以及车辆-行人荷载耦合激励条件下的加速度响应进行分析。结果表明：噪声激励、车辆荷载、人行荷载、车辆-行人耦合激励条件下人行桥的加速度响应幅值逐渐增大,脉冲指标呈逐渐增加的趋势,功率谱幅值不断向高频段偏移。四种激励下,人行桥的加速度响应经过EMD分解后的前五阶IMF的方差贡献率及相关系数较大,且瞬时振幅和瞬时频率呈减小趋势;其能量分布随加速度幅值的增大逐渐增大,车辆荷载作用下其能量熵值最小,能量分布相对均匀。Hilbert-Huang变换对处理复杂环境激励下的桥梁振动响应具有较好的识别效果,本文的分析过程可为同类振动信号处理所借鉴。     

道路交通引起城市人行钢桥振动特性分析

为了研究道路交通引起的城市人行钢桥振动特性,基于线性动力学理论,采用MSC.MARC建立全桥三维模型进行瞬态动力分析.通过对人行钢桥简化模型的动力求解,拟合出动力变化系数与频率比关系曲线,并对道路交通荷载引起的人行桥振动问题进行理论分析.按照实际人群密度和实测道路交通荷载激励分别计算了人行钢桥的动力响应.分析结果表明,在道路交通荷载激励下人行桥上部结构的振动较大,对于自振频率较高的城市人行钢桥,道路交通荷载对人行桥振动的影响更为明显,城市人行桥振动控制应当考虑综合激励环境下的影响.     

基于单人步行载荷参数的随机人群载荷模型

采用人行通道步行载荷测试系统,测试分析得到了单人步行载荷参数.在此基础上,综合考虑了人群分布、行人步频、步长、初始相位等随机因素,建立了一种随机人群步行载荷模型.以某人行桥为例,应用ANSYS有限元软件,对该桥在随机人群载荷作用下的动力学响应进行了分析.通过与实验测试的对比分析,表明采用该模型计算的人行桥响应与实验结果吻合性较好,从而验证了该模型的合理性与有效性.     

人行桥人行激励振动及设计方法

对人行桥人行激励竖向振动的国内外现有规范和标准进行了比较研究 ,并探讨了针对侧向人行激振的振动使用性设计方法 .建议人行桥梁设计时应首先采用频率调整法 ,使结构自振频率尽量不落在敏感频率范围内 .不能达到频率要求时 ,再进一步采用动力响应法分析 .在参考国外规范的基础上 ,建议确定竖向和侧向人行激振荷载的计算公式 .该公式考虑了高阶分量的影响 ,还对人行桥振动舒适度标准进行了比较 ,认为参用英国规范的标准较为合理 .     

基于改进迭代模型的车-桥耦合系统竖向随机振动研究

采用改进的车-桥耦合系统迭代计算模型,建立了基于虚拟激励法(PEM)的列车-轨道-桥梁竖向随机振动分析模型.采用虚拟激励法将轨道不平顺精确地转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,并运用分离迭代法求解车-桥耦合系统振动方程.以CRH2高速列车通过5跨简支梁桥为例,对改进的车-桥耦合系统迭代计算模型的计算精度和效率进行了验证.结果表明:在保持与传统模型相同计算精度的前提下,改进模型能使计算效率提高5倍左右.通过对列车-轨道-简支梁桥竖向随机振动响应中确定性激励引起的均值和轨道不平顺引起的均方根进行分析可知:桥梁竖向位移主要受列车自重控制,轨道不平顺引起的桥梁竖向位移影响很小;桥梁和车体竖向加速度受轨道不平顺影响显著,改善线路条件能有效提高列车的乘车舒适性;同时,车速越高,桥梁和车辆随机响应的均方根越大,由轨道不平顺引起的耦合系统振动响应的离散度越大.     

人行桥振动舒适度评价的频域方法

近几年来新建人行桥的跨度越来越大,结构也越来越轻柔,随之而来的问题是如何来评价其振动舒适度。在振动舒适度评价中,目前已普遍采用加速度均方根值作为评价指标,采用随机振动理论在频域上求解可以直接得到结构反应的功率谱密度,而功率谱密度曲线下的面积即是响应的均方值。提出了人行桥人致振动计算的频域方法,还推导了带调谐质量阻力器(TMD)的人行桥随机振动模型,然后确定了人行桥振动舒适度评价标准,其研究结果可为人行桥振动舒适性设计提供参考。     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样,结构轻柔,动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响,基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型,并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景,对随机车流进行模拟,考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用,建立车辆-桥梁动力平衡微分方程,验证车桥耦合振动模型,计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素;控制行车间距有利于控制桥梁位移;行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。     

封闭环形连续钢箱梁人行天桥不同减振方法的研究

针对某钢箱连续人行天桥特殊的结构形式及振动特性,建立空间有限元模型,以跨中竖向位移及加速度减振率为标准,通过理论计算比较TMD减振效果与频率调整法减振效果,结果表明对于该桥频率调整法减振效果远远优于TMD减振效果,可见TMD减振系统并不是适用于所有结构,所得结论可供同类桥型减振设计参考使用.