靜立人體-結(jié)構(gòu)豎向相互作用研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著設(shè)計(jì)師對(duì)建筑藝術(shù)形態(tài)的不斷追求，以及高性能建筑材料的大量涌現(xiàn)，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)、大跨、低阻尼特性日益明顯，這就使得由于靜立人群與結(jié)構(gòu)耦合而導(dǎo)致的振害問(wèn)題逐漸突顯。
　　靜立人體—結(jié)構(gòu)豎向相互作用是一個(gè)復(fù)雜、重要，但仍未被充分認(rèn)知的關(guān)鍵性問(wèn)題。主要包括:1.結(jié)構(gòu)振動(dòng)是怎樣影響靜立人體的反應(yīng)或舒適度的;2.靜立人體是怎樣影響結(jié)構(gòu)響應(yīng)和動(dòng)力學(xué)特性的。為解決這兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題需要建立一個(gè)簡(jiǎn)單、合理、準(zhǔn)確的靜立人體模型，而建立該

2、模型的前提是確定出靜立人體的相關(guān)參數(shù)。
　　本文根據(jù)理論推導(dǎo)和Wang Dongwei博士的研究成果，設(shè)計(jì)出具有合理參數(shù)比的振動(dòng)臺(tái)，并利用自由振動(dòng)實(shí)驗(yàn)確定出結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力學(xué)參數(shù)。參考生物力學(xué)家的思路，使用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行受強(qiáng)迫振動(dòng)測(cè)試，得到靜立人體—結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的豎向共振頻率。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，有無(wú)靜立人體時(shí)系統(tǒng)的共振頻率分別為二階和一階，由此說(shuō)明靜立人體并不是一剛性質(zhì)量塊而是具有質(zhì)量、剛度、阻尼的單自由度。
　　基于最小二乘和正態(tài)分

3、布原理，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的靜立人體—結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的共振頻率與由理論模型推導(dǎo)出的共振頻率進(jìn)行對(duì)比，本文識(shí)別出了靜立人體的模態(tài)質(zhì)量、人與結(jié)構(gòu)耦合質(zhì)量分別約為人體總質(zhì)量的39.62％和49.45％，而靜立人體的阻尼比、基頻分別約為0.1217和4.29Hz。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步對(duì)Ji提出的兩段連續(xù)直桿模型進(jìn)行優(yōu)化，得出了人體直桿模型的剛度、質(zhì)量、高度分布以及靜立人體的豎向模態(tài)函數(shù)。
　　用兩段連續(xù)彈性桿模擬靜立人體，建立人群—人行橋—調(diào)諧質(zhì)

4、量阻尼器(TMD)振動(dòng)系統(tǒng)。將靜立人群簡(jiǎn)化建模為單個(gè)的廣義人體，研究廣義人體—人行橋—調(diào)諧質(zhì)量阻尼器振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力特性及TMD參數(shù)設(shè)計(jì)。運(yùn)用最小二乘原理確定廣義人體的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)與已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了將靜立人群簡(jiǎn)化為廣義人體模型的正確性。以均方根加速度作為人體舒適度的優(yōu)化準(zhǔn)則，分析了人行橋TMD的最優(yōu)頻率比和最優(yōu)阻尼比。在此基礎(chǔ)上，本文引入了具有隨機(jī)意義的人行橋TMD設(shè)計(jì)方法并建立了考慮多模態(tài)和多個(gè)TMD的人群—人行橋—MTMD

5、微分方程。
　　研究廣義人體—結(jié)構(gòu)—TMD耦合系統(tǒng)的動(dòng)力特性，將廣義人體和結(jié)構(gòu)均簡(jiǎn)化為單自由度(SDOF)，與懸掛于結(jié)構(gòu)下部的TMD構(gòu)成一個(gè)三自由度(3DOF)的振動(dòng)系統(tǒng)。導(dǎo)出了廣義人體—結(jié)構(gòu)—TMD系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率和位移、加速度反應(yīng)譜，并與2自由度的結(jié)構(gòu)—TMD系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明廣義靜立人體對(duì)系統(tǒng)的固有頻率和位移、加速度反應(yīng)譜有一定影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)基頻大于人體基頻一倍時(shí)，兩種模型的固有頻率很接近，而當(dāng)結(jié)構(gòu)基頻與人體基頻接近