风-人-桥系统的步行参数与气动参数研究

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大跨人行悬索桥承受的动载主要是行人荷载与风荷载,当行人、风荷载和桥梁三者共存时,三者之间的相互作用构成一个协调运作的耦合振动系统。受耦合振动影响单一荷载作用下的桥梁振动响应可能被放大,导致行人行走不舒适,影响桥梁的使用性能。准确计算风-人-桥耦合作用需要全面的考虑行人和桥梁的相互作用、风和桥梁的流固耦合作用及系统随时间变化的特性。基于此,本文在阐述人行悬索桥发展现状与特点的基础上,简要的回顾了桥梁风致抖振、人行桥人致振动与风-人-桥耦合振动研究现状。并进行了如下工作:首先,本文简要的回顾了人致振动理论,根据步行荷载时间与空间的双重特性,确定人致振动计算的基本参数,如步频、步幅等。但是行人步行参数受行人行走状态、性别、人种、周围环境等影响,并且我国的人行桥步行参数研究尚属空白。因此,本文以南平市延平区九峰山人行悬索桥作为观测地点,采用视频记录与人工筛选相结合的方法,对九峰索桥上行走的行人进行了现场观测。通过人工筛选获得不同性别与年龄的行人步频、步幅和速度参数,采用统计学的方法详细的研究行人步行参数的分布特征,进一步的根据步频、步幅和步行速度三者之间的关系建立了三者互相协调的的关系式。其次,桥梁风致抖振计算时,需要同时考虑静风荷载、抖振力与颤振自激力的影响。而行人的存在将对桥梁断面周围流场产生干扰,从而改变断面三分力系数与颤振导数,进而影响抖振计算结果。因此,本文设计了不同密度与排列形式下的人-桥节段模型测力、测振试验,根据试验结果,分析了人-桥系统三分力系数与气动导数随人群密度变化的规律,以及行人排列方式对气动参数的影响。并根据三分力系数与抖振力的关系,定性的分析了人群密度变化对抖振力的影响。最后,依据典型断面颤振驱动机理,分析不同密度与排列方式对自激振动的影响。
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