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原文传递基于人群流疏导的人行桥混合减振控制研究

论文题名：	基于人群流疏导的人行桥混合减振控制研究
关键词：	人行桥;人群流控制;行人感知;混合减振控制
摘要：	近年来，高强、轻质材料修建的人行桥大量涌现，此类结构低频率、低阻尼的特性易造成共振，因此对于人群荷载下的过量振动需要进行减振控制。传统的TMD（Tuned mass damper）装置具有技术成熟、成本低等优点，但是仍然存在控制效果有限、TMD系统失谐等问题。作为引起结构振动的原因，行人能够对周围环境灵活做出反应。结构上的附属设施除了发挥必要的功能性作用外，通过合理的布设，可以改变行人步行速度，打乱步进频率，使行走特性趋于不同。施加到结构上动荷载得到改变，影响施加到结构上的输入能，进而改变结构振动。本文建立了基于人群流控制和TMD的混合减振新方法并对其减振性能从实验和数值模拟两方面进行验证。对微观的个体行人间相互作用的社会力模型进行了应用和发展，建立了障碍物阻挡场景中单、双向人群运动仿真模型。最后，引入行人感知机制对行人-结构相互作用下的Lock-in及结构动力响应进行了研究。　　本文从以下几个方面进行研究：　　（1）基于微观的社会力模型模拟了运动场景中双向、障碍物避让、超越等行人运动行为。根据仿真动态探讨了人群演化过程并对人群运动规律进行了分析。最后，对仿真结果中行人行走步频、步速等运动参数的做出了进一步分析。　　（2）采用移动荷载模型和SMD模型模拟行人并计算结构动力响应。Matlab平台下以布设障碍物的方式在某室内人行桥上实施人群流动控制。根据响应计算结果研究人群流控制策略的减振效果，并比较不同障碍物布置方式、障碍物数量对减振率的影响。在钢-玻璃组合实验人行桥上进行现场测试验证行人控制措施减振性能，分析无减振措施和人群流控制措施下结构响应的时域和频域变化。　　（3）提出了一种基于人群流动控制和涡流TMD的混合减振方法，以控制随机人群激励引起的过度振动。建立了群-结构-TMD时变耦合模型研究结构响应。为了避免实际障碍物可能造成的行人摔倒事故，设计了一种基于行人立体视觉的虚拟三维障碍物。将该减振方法应用于随机人群荷载作用下的人行桥试验，并对其减振性能进行了试验和数值分析。采用摄像机追踪每个行人的速度和步数。从能量分析的角度阐述了减振机理。结果表明，该混合减振方法的性能优于单一减振方法，障碍物的数量和布局决定了减振效率。　　（4）从侧向人群-结构耦合模型出发，建立了考虑行人感知机制的行人-结构-行人的全路径相互作用模型。单人模拟状态下，通过自定义延迟、锁定、停止等加速度阈值，研究了行人对不同加速度感知后作出步态调整进而引起的结构响应情况。在室内人行桥上采用该相互作用模型，实现了人群中行人Lock-in等运动行为。人群运动参数特性对Lock-in现象的影响规律进行了分析和探讨。
作者：	杨文斌
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	朱前坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2021