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行人荷载作用下人行桥的随机振动分析

行人荷载作用下人行桥的随机振动分析

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作者：曾新兰州理工大学

学位级别：硕士

随着人们生活水平的提高,旅游业逐渐引起大众广泛关注,很多旅游景区也修建了供人们行走的玻璃桥、观赏桥等。由于人行桥结构本身具有低频率和小阻尼的特点,从而导致更容易受到结构振动的影响,所以有必要对人行桥进行随机振动分析。而行... 详细信息

随着人们生活水平的提高,旅游业逐渐引起大众广泛关注,很多旅游景区也修建了供人们行走的玻璃桥、观赏桥等。由于人行桥结构本身具有低频率和小阻尼的特点,从而导致更容易受到结构振动的影响,所以有必要对人行桥进行随机振动分析。而行人荷载作为人行桥最重要的激励源,研究人行桥的人致振动问题便具有十分现实的工程意义。很多研究学者在研究行人荷载问题时都将其看为确定性荷载,但因为每个人的步频、步长不同,人与人之间相互作用不同,所以行人荷载实际上是一个复杂随机过程,于是我们在研究行人荷载问题时不应该忽略这些随机性。除此之外在对结构进行随机振动分析时也存在很多需要解决的问题:在计算方法上,结构响应计算过程复杂,计算效率和精确度较低,特别是求解大型复杂人行桥结构响应时这些问题尤为突出;在研究方向上,对行人荷载作用下人行桥的随机振动问题研究成果较少;在研究内容上,结构可靠度作为随机振动分析中不可或缺的一部分,却鲜少有人对行人荷载作用下人行桥的结构振动可靠度进行分析。本文针对前文所讨论的问题,将研究内容分为以下几个方面:(1)首先,综合运用虚拟激励法和微分求积法来解决计算过程繁琐,精度较低的问题。并通过算例分析了不同速度下以及不同约束条件下人行桥受白噪声移动荷载的跨中时变位移和位移响应功率谱。随后采用简单谱模型来模拟行人行走过程中的随机性,解决了行人随机性的问题。在前文的研究基础上计算了人行桥受行人荷载作用时的跨中时变位移和位移响应功率谱,并与前一章算例结果进行对比,说明了可以通过调节半刚性系数来控制人行桥结构的响应,并且在白噪声移动荷载和行人荷载作用下人行桥的结构响应有着很大的区别。(2)其次,由于现在人行桥结构越来越复杂,传统的方法需要巨大的计算量,包括前文所采用的微分求积-虚拟激励法也不能计算大型复杂人行桥结构的响应,于是提出了可以解决该问题的时域显示法,通过算例分析验证了该方法的有效性和高效性,并通过该方法计算了行人荷载作用下人行桥的结构响应。(3)最后,基于首次超越破坏机制采用了三种不同的计算方法对人行桥进行结构振动可靠度计算,分析了确定性荷载和行人荷载下结构振动可靠度的计算结果,说明了计算方法不同,结构振动可靠度的计算结果也会有较大的差异,并且由于人致振动可能会造成结构破坏,行人荷载作用下结构振动可靠度会更低,所以对人行桥结构进行可靠性分析时,为了保证结构的安全我们应考虑到行人荷载作用。

关键词：随机振动 dq-pem法行人荷载时域显示法结构振动可靠度

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