人-结构相互作用对人行桥振动响应的影响分析

作     者：唐冕 张金龙 宋旭明 周雨洁 

作者机构：中南大学土木工程学院 中铁第四勘察设计院集团有限公司 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52078486) 

主　　题：人行桥 振动 人体动力学 随机人群 耦合作用 

摘      要：在人行桥中合理地考虑人-结构相互（human-structure-interaction,HSI）作用、真实预测出人群引起的振动响应，建立基于国人身体特性并考虑交通流的行人荷载模拟方式及合理的单自由度弹簧-质量-阻尼人体模型（spring-massdamping,SMD），利用随机概率分布的傅里叶级数，采用具有时空变化的移动步行荷载与人体动力学模式相结合的方式模拟人-结构相互作用。通过有限元软件建立SILVA实验中的人-桥一体化的三维空间有限元模型并对比分析验证行人模拟方式的合理性，进一步探究人群动力效应模拟和行人整体效应对人行桥动力特性及响应的影响。研究表明：单人因素作用下，当人行桥处于非共振时，移动力（MF）模型和弹簧-质量-阻尼器（SMD）模型的差异率仅为0.8%，人行桥处于临近共振时两模型的差异率达到15%,MF模型和SMD模型模拟结果差异显著，有必要考虑人体模型的影响；人群荷载作用下，高阶谐波的响应显著增加，最小增幅约为83.2%，相位角按照[0,2π]均匀分布取值更接近实际荷载状态，人体效应模拟比纯荷载模拟更接近SILVA实验的实测结果，考虑HSI效应可以较好体现行人在振动表面行走的净效应；行人纵向分布和路径的方向性对横向振动的影响显著，对竖向振动的影响可忽略；结构振动响应与人群同步率之间存在强烈的正相关性；研究成果可为考虑人-桥相互作用的耦合动力分析提供一定的参考。