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基于元胞自动机模型的人行天桥振动响应研究
| 论文题名： | 基于元胞自动机模型的人行天桥振动响应研究 |
| 关键词： | 人行天桥;单人动力学模型;元胞自动机;人群荷载;桥梁振动 |
| 摘要： | 随着新型轻质建筑结构材料在工程结构中的应用和对桥梁美学的追求，人行天桥朝着大跨度、高强度、轻柔化、低频率的方向发展，与之伴随而来的是桥梁的人致振动问题越来越突出。传统的人群荷载模型将行人考虑为恒定的移动荷载，将单人荷载叠加施加到桥梁上，忽略了行人行走过程中的动力荷载、行人和桥梁间的动力相互作用以及行人荷载的施加位置。 论文采用理论分析、数值模拟、试验验证等研究方法，分别从行人的动力学荷载模型、行人在桥梁上的运动轨迹以及人行天桥在人致振动作用下的振动响应三个方面开展了研究。主要研究工作如下： （1）结合人体生物动力学模型，提出了一种同时考虑行人竖向和横向的双向多自由度生物动力学模型。模型中，考虑行人的两腿交替行走状态，将行人的质心和双腿都赋予质量；同时，也考虑了人-桥相互作用和质心-腿部相互作用，通过Newmark-β法进行动力迭代，得到单个行人在桥梁上行走时，人体各个部位的动力响应。 （2）应用元胞自动机模型，结合行人的社会属性，考虑了环境因素对行人过桥路径的影响，加入运动过程中行人之间的相互排斥作用，优化并构建出一个完整的行人流模型。对优化前后行人运动过程中的聚集现象进行分析，验证了优化后模型的有效性，得到了各种工况下的行人运动轨迹。 （3）建立了人行天桥有限元模型，通过行人双向多自由度动力学模型和行人在人行天桥上的运动轨迹，将人群荷载施加到桥梁上，得到了桥梁的振动响应；并将数值计算结果与试验结果进行对比，验证了本文建立的双向多自由度动力学模型、行人流模型和桥梁数值模型的有效性；最后，研究了不同行人参数（步频、行人数量、运动路径）下，人行桥梁结构的振动响应规律。 |
| 作者： | 杨威威 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 姚锦宝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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