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浅议采用社会力模型估计人行桥结构侧向振动临界人数

最后更新时间:2024-02-26 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:7010 浏览:20407
论文导读:力的表达形式。然而,这些策略并没有从人运动的机制着手解决横向振动稳定性理由,因此本质上均属于经验参数模型,在实际应用中存在两个理由:(1)需要有大量的前期实测资料回归负阻尼参数;(2)模型的分析效果取决于负阻尼参数的适应性,在将这项研究获得的参数和模型分析另外一项研究时,分析效果并不理想。针对上述理由,本文从
摘要:大跨度柔性人行桥结构在行人作用下的侧向振动理由引起国内外广泛关注。结合社会力模型,分析了侧向运动结构上人的运动特点,给出了结构运动诱发的附加侧向人行作用;进一步结合结构振动方程,建立了人结构动力相互作用微分方程,给出了结构发生侧向动力失稳时临界人数的计算策略,结合典型人行桥结构,分析计算了结构发生侧向动力失稳时的临界人数,结果表明分析结果与实测结果有较好的一致性;结合社会力模型中张弛时间的特点及已有实测资料,给出了临界人数计算的修正公式,解释了到目前为止没有观测到横向基频超过

1.2 Hz的结构发生侧向动力失稳的理由。

关键词: 人行桥; 侧向振动; 人桥相互作用; 社会力; 临界人数
10044523(2014)02023305
引言
大跨度柔性人行桥因其质量轻、刚度小、阻尼低而在行人作用下很容易发生振动[1~4],这类结构的侧向振动和侧向振动稳定性理由尤其受到关注[5]。2000年的伦敦千禧桥开通后即因激烈的侧向振动而关闭[6];日本学者Fujino和Nakamura等人对T桥的振动和减振制约进行了长期研究研究,发现桥上行人达到一定数量时也会发生显著的侧向振动[7];2010年柬埔寨首都金边岛的一座桥由于桥身晃动引起恐慌导致严重的件,至少349人死亡,550多人受伤[8]。已有的研究发现,由于人桥相互作用引起的侧向振动,当行人数量达到一定水平时,会突然发生动力失稳现象,导致振幅显著增加,这种现象被称为“振动锁定”[6,7]。目前对侧向振动失稳最主流的解释是负阻尼理论[6,7],该理论认为由于人桥相互作用效应,人行走产生的侧向作用力与结构振动速度有关,从而导致系统中存在一个等效的负阻尼,人数增加,负阻尼值也增大,当负阻尼水平超过结构自身的阻尼时,体系发生动力失稳。Dallard模型、Nakamura模型以及同济大学孙利民、袁旭斌等提出的模型均属于不同形式的负阻尼模型[6,7,9],因此,在这类模型中,如何确定负阻尼参数是一个重要的理由。Dallard等人依据伦敦千禧桥的实测资料,提出了确定负阻尼效应的常数,并给出可能发生“锁定”状态的临界人数计算公式[6],Nakamura根据T桥的观测[7],给出了确定负阻尼力的常数,孙利民、袁旭斌等结合室内振动台试验也回归出一个负阻尼力的表达形式[9]。然而,这些策略并没有从人运动的机制着手解决横向振动稳定性理由,因此本质上均属于经验参数模型[5],在实际应用中存在两个理由:(1)需要有大量的前期实测资料回归负阻尼参数;(2)模型的分析效果取决于负阻尼参数的适应性,在将这项研究获得的参数和模型分析另外一项研究时,分析效果并不理想。
针对上述理由,本文从人群中个体的运动规律出发,结合社会力模型导出由于表面侧向运动引起的人对表面的附加侧向作用力[10],并结合结构振动方程导出临界人数的计算公式,使用该公式估算了伦敦千禧桥、T桥的临界人数,进一步考虑社会力模型中张弛时间的影响,引入了频率修正函数,推算了发生横向动力失稳时结构的频率上限。
1基于社会力模型的附加侧向力分析
人行走时存在侧向作用力分量是导致结构发生侧向振动的理由。在固定表面上,人即使沿直线行走,也会因人体重心在左右足交替转换而产生一个周期性的侧向作用力,这种作用力在Harper,Andruacchi和Ebrahimpour等人的研究中进行了大量观测[11~13],为研究方便,可将这种侧向力称为固有侧向力。对于在侧向振动表面上的行走,人行走的路线呈锯齿状,Nakamura,Ricciardelli,Dallard和孙等人在振动台面或桥面上的研究[6,7,9,14],证实了侧向运动表面上与固定表面上人行侧向作用力的差异性。
4结论
本文考虑了运动表面上人的运动特征,从社会力模型角度出发,分析了由于表面运动引起的人行走附加侧向作用力,结合结构横向振动微分方程,给出了确定结构横向振动失稳时的临界人数的计算策略,进一步结合张弛时间特性和已有观测资料,引入频率修正函数,给出了临界人数计算的修正公式,结果表明:
(1)由于考虑了人群运动的规律、反映了附加侧向作用的机理,从社会力模型的角度获得的临界人数计算结果比已有的经验参数法更为精确;
(2)由于张弛时间是一个有限量,人体对表面运动变化的反应能力随表面振动频率的增加而降低,结构发生横向振动失稳现象时存在频率上限,当结构的基频超过该频率上限时,结构不会发生横向动力失稳现象。根据已有的观测资料和本文倡议的频率修正函数,该频率上限在1.16 Hz附近,高于此频率上限,结构不会发生横向振动失稳,从而解释了目前并未观测到横向基频超过1.2 Hz的结构发生侧向动力失稳现象的理由。
参考文献:
[1]Pic A, Reynolds P, Waldron P. Critical review of guidelines for checking vibration serviceability of posttensioned concrete floors[J]. Cement & Concrete Composites,2001,23:21—31.
[2]宋志刚,金伟良.行走激励下大跨度楼板振动的最大加速度响应谱法[J].建筑结构学报,2004,(2):57—63.
[3]宋志刚,金伟良.行走作用下梁板结构振动舒适度的烦恼率分析[J].振动工程学报,2005,18(3):288—295.
[4]李泉,樊健生,聂建国.多人随机行走激励下人行桥振动分析[J]. 计算力学学报,2010,27(5):815—821.
[5]陈政清,华旭刚.人行桥的振动与动力设计[M].北京:人民交通出版社,2009. 全文地址:www.7ctime.com/bjshxlw/lw26528.html上一论文:试谈人事档案社会化