基于行人生物動(dòng)力學(xué)模型柔性樓梯的人致振動(dòng)舒適度研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著高強(qiáng)材料的大量應(yīng)用和施工技術(shù)的不斷提高，使得設(shè)計(jì)師具有更大的想象余地和創(chuàng)造空間。因此，大跨度柔性樓梯日益增多。此類樓梯質(zhì)量更輕、跨度更大，固有頻率更小，更加接近人行走的步頻，容易引起樓梯結(jié)構(gòu)的共振，產(chǎn)生較大的響應(yīng)，輕則影響正常使用，重則引發(fā)安全事故，應(yīng)該對(duì)樓梯的振動(dòng)舒適度給予足夠的重視。
　　目前僅有的對(duì)樓梯人致振動(dòng)研究方法多沿用對(duì)樓板橋梁等結(jié)構(gòu)的研究方法。由于行人在樓板等這樣的平板結(jié)構(gòu)上行走時(shí)的步頻、步長(zhǎng)、膝蓋的彎曲

2、程度等步態(tài)特征與在樓梯這種空間結(jié)構(gòu)上的差異較大。因此，在這兩種結(jié)構(gòu)上的人行激勵(lì)也會(huì)有較大的差異；對(duì)于大跨度的柔性樓梯，行人在此類樓梯上行走時(shí)會(huì)與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的動(dòng)力相互作用，目前對(duì)樓梯上人與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用還缺乏研究。因此，有必要對(duì)樓梯上的人行激勵(lì)和人與結(jié)構(gòu)相互作用進(jìn)行研究。
　　本文基于樓梯的人致振動(dòng)及減振控制問(wèn)題展開了以下幾方面的研究：
　?。?）樓梯上人行激勵(lì)的研究。針對(duì)行人在樓梯上的行走活動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，利用新型微

3、電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）AH100B三軸加速度傳感器，采集大量行走時(shí)的加速度時(shí)程數(shù)據(jù)，結(jié)合 MATLAB數(shù)值分析軟件，對(duì)行人在三個(gè)方向的加速度時(shí)程進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計(jì)分析，建立相應(yīng)的傅里葉級(jí)數(shù)函數(shù)關(guān)系，確定人行激勵(lì)動(dòng)力荷載因子、相位角與頻率等參數(shù)；
　?。?）樓梯上行人生物動(dòng)力學(xué)模型的研究。針對(duì)樓梯上的行人建立一個(gè)包含m、c、k的單自由度人體生物動(dòng)力學(xué)體系，將該體系等效為一個(gè)三元非線性方程組，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試獲取方程組中的已知參數(shù)，求解后得到

4、 m、c、k，將此三個(gè)參數(shù)分別用行人的質(zhì)量和步頻進(jìn)行二次曲面擬合，確定三個(gè)參數(shù)的計(jì)算公式；
　?。?）樓梯的振動(dòng)分析。對(duì)某科技館大廳內(nèi)的梁柱式鋼樓梯進(jìn)行ANSYS有限元建模，分別采用樓板上的激勵(lì)和國(guó)外對(duì)樓梯上的激勵(lì)進(jìn)行加載模擬樓梯的動(dòng)力響應(yīng)，基于多種形式的舒適度評(píng)估方法對(duì)該樓梯的舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出加厚踏步板的措施來(lái)減小樓梯的振動(dòng)。另外，對(duì)某360度螺旋鋼樓梯進(jìn)行有限元建模，分析兩種人行激勵(lì)模型、兩種行人生物動(dòng)力學(xué)模型下樓梯的動(dòng)力