论文部分内容阅读
大跨度的人行桥或者楼盖结构在人群行走作用下非常容易产生过大的振动响应,一方面会使得结构无法满足正常使用极限状态,引发行人舒适度问题,另一方面结构过大的振动可能引发结构安全性问题。现有的研究成果表明,人群行走作用下的结构振动响应为单人作用下结构振动响应的N0.5倍,但是这个倍数关系仅仅适用于低密度的人群,即行人之间不存在相互作用。当行人密度较高时,人-人相互作用逐渐凸显,进而可能导致两个方面的问题,一方面是行人速度会随着人群密度提高而降低,进而改变行人步行力的频谱结构;另一方面是行人不得不改变其行走习惯和路径,导致其相位和步频发生变化,引发人群同步效应。由于上述两个方面因素的影响,目前的研究主要集中在不考虑人-人相互作用的人群行走作用下结构振动响应分析计算领域,而考虑人-人相互作用的人群行走作用下的结构振动响应研究较少,针对这个问题,本文从人-人相互作用角度研究了不同密度的人群行走作用下的结构竖向振动响应,主要工作和成果如下:（1）不同密度人群行走作用下结构竖向振动响应分析。借助随机振动理论分析指出了人群行走作用的结构竖向振动响应为单人作用的N0.5倍关系成立的两个前提条件,一是行人作用力相互独立且完全不同步,二是行人的频谱结构不发生变化。利用步行速度随人群密度的变化规律,以及行人步频随步行速度的变化规律,得到了行人步频随人群密度的变化规律,再结合现有的试验研究确定了不同密度下步行力的频谱结构。选取具有代表性的工况参数,结合强迫振动理论提出了人员密度影响系数的计算方法,初步研究了多人行走作用下结构振动响应随人群密度的变化规律。（2）基于元胞自动机的人群行走同步效应数值模拟研究。利用元胞自动机模型模拟行人的微观运动行为及其相互作用,得到了单向行人流和均衡双向行人流的运动过程。采用蒙特卡洛模拟方法,分别模拟了不同密度下单向行人流和均衡双向行人流的运动过程,并分析统计出了某一时段内不同密度下的结构上行人流速度随人群密度的变化规律以及不同密度的同步启停比例的概率分布规律,在此基础上拟合出了同步启停比例均值关于行人密度的计算表达式。（3）考虑人-人相互作用的不同密度人群行走作用下结构竖向振动响应分析。利用固定多人步行力法,建立了基于强迫振动理论的考虑人-人相互作用的结构竖向振动响应计算模型。分别模拟分析了考虑人人相互作用的不同密度单向及均衡双向行人流行走作用下的结构竖向振动响应,并参考等效同步行人数模型理论提出了结构等效响应修正系数的计算表达式。通过大量的数值模拟,拟合出了结构等效响应修正系数关于人群密度的变化规律。对结构等效响应修正系数进行不同结构参数的敏感性分析,说明了结构等效响应修正系数的适用性,从而获得了人群行走作用的结构竖向振动响应和单人作用的较为广泛适用性的倍数关系。