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原文传递静立人体-结构竖向相互作用研究

论文题名：	静立人体-结构竖向相互作用研究
关键词：	人行桥;静立人体;建筑结构;竖向共振频率;动力特性;调谐质量阻尼器
摘要：	近年来，随着设计师对建筑艺术形态的不断追求，以及高性能建筑材料的大量涌现，现代建筑结构的轻质、大跨、低阻尼特性日益明显，这就使得由于静立人群与结构耦合而导致的振害问题逐渐突显。　　静立人体—结构竖向相互作用是一个复杂、重要，但仍未被充分认知的关键性问题。主要包括:1.结构振动是怎样影响静立人体的反应或舒适度的;2.静立人体是怎样影响结构响应和动力学特性的。为解决这两个关键性问题需要建立一个简单、合理、准确的静立人体模型，而建立该模型的前提是确定出静立人体的相关参数。　　本文根据理论推导和Wang Dongwei博士的研究成果，设计出具有合理参数比的振动台，并利用自由振动实验确定出结构的实际动力学参数。参考生物力学家的思路，使用振动台进行受强迫振动测试，得到静立人体—结构耦合系统的竖向共振频率。通过对比发现，有无静立人体时系统的共振频率分别为二阶和一阶，由此说明静立人体并不是一刚性质量块而是具有质量、刚度、阻尼的单自由度。　　基于最小二乘和正态分布原理，将实验测得的静立人体—结构耦合系统的共振频率与由理论模型推导出的共振频率进行对比，本文识别出了静立人体的模态质量、人与结构耦合质量分别约为人体总质量的39.62％和49.45％，而静立人体的阻尼比、基频分别约为0.1217和4.29Hz。在此基础上，本文进一步对Ji提出的两段连续直杆模型进行优化，得出了人体直杆模型的刚度、质量、高度分布以及静立人体的竖向模态函数。　　用两段连续弹性杆模拟静立人体，建立人群—人行桥—调谐质量阻尼器(TMD)振动系统。将静立人群简化建模为单个的广义人体，研究广义人体—人行桥—调谐质量阻尼器振动系统的动力特性及TMD参数设计。运用最小二乘原理确定广义人体的相关参数，通过与已有的实验数据对比，验证了将静立人群简化为广义人体模型的正确性。以均方根加速度作为人体舒适度的优化准则，分析了人行桥TMD的最优频率比和最优阻尼比。在此基础上，本文引入了具有随机意义的人行桥TMD设计方法并建立了考虑多模态和多个TMD的人群—人行桥—MTMD微分方程。　　研究广义人体—结构—TMD耦合系统的动力特性，将广义人体和结构均简化为单自由度(SDOF)，与悬挂于结构下部的TMD构成一个三自由度(3DOF)的振动系统。导出了广义人体—结构—TMD系统的无阻尼固有频率和位移、加速度反应谱，并与2自由度的结构—TMD系统进行了对比，结果表明广义静立人体对系统的固有频率和位移、加速度反应谱有一定影响。当结构基频大于人体基频一倍时，两种模型的固有频率很接近，而当结构基频与人体基频接近时，两种模型的差别明显。在某些频率比和质量比下，当结构基频与人体基频接近且激励为行走或跳跃激励时，三自由度模型中结构和TMD的响应均明显大于两自由度模型的响应。
作者：	孙昊
专业：	土木工程；结构工程
导师：	刘伟庆;周叮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京工业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文