随着现代结构形式不断向大跨、轻柔和低频方向发展,由人群活动引起的结构振动越来越受到人们的关注。人与结构相互作用作为新的重要问题,已经成为研究的热点。结构上的人群作为独立的动力体系,会在结构中产生振动并改变结构动力特性；反过来过量的结构振动又会促使人调整运动状态、幅度和节奏等,影响人群荷载的大小。双足模型可较好地模拟人与结构相互作用,但仍需进一步完善。已有的双足模型忽略了人体全身振动特性对人与结构相互作用的影响,模型自身的稳定性及正确的参数域范围尚不明确,用于模拟跑步状态下的控制机制仍需研究,且进一步对随机人群与结构的相互作用的分析也无法很好地阐述。针对上述问题,本文基于ISO 5982模型与双足模型,建立了2DOF双足模型,重点对2DOF双足模型的步行稳定性、人与结构相互作用过程的模拟、2DOF双足模型的跑步运动及人群作用下的结构振动等问题进行研究。论文的具体工作和取得的创新性成果如下：(1)综合考虑ISO 5982模型所表示的人体全身振动特性及双足模型的双足步行特性,建立了2DOF双足模型,提出了2DOF双足模型的参数域范围。运用Lagrange方程描述步行过程中的运动方程,研究了人体运动的动力特性及能量变化过程。分析了腿刚度、冲击角和步行速度等重要参数对步行特性的影响。针对2DOF双足模型的稳定性,分析了符合人体步行特性的2DOF双足模型参数域范围。研究结果表明,2DOF双足模型可用于模拟包括双足和单足支撑阶段的完整连续的步行过程。连续平稳步行的2DOF双足模型总能量恒定,其能量随着步行过程在重力势能、弹性势能和动能之间进行转化。腿刚度、冲击角和步行速度等重要参数影响着人体的连续稳定步行,各参数之间相互联系并构成参数域,双足模型在本文给定的参数域下才能够稳定运行。稳定运行的参数域分为人体步行特性参数域及非人体步行特性参数域;人体步行特性参数域仅是双足模型众多稳定解的一种形式。(2)研究人与结构相互作用过程的模拟。采用2DOF双足步行模型模拟行人,建立了步行过程的人与结构系统运动方程,确定基本理论和算法。分析了人与结构相互作用过程中人和结构各自的动力响应变化,研究了人体运动状态的改变过程,描述了结构动力特性的变化规律,并通过对比双足模型和2DOF双足模型,说明了2DOF双足模型反映的人体动力特性对结构振动的影响。结果表明,人与结构相互作用使结构动力响应增大。人体运动影响结构动力响应及动力特性,结构振动又影响人体自身的振动特性及运动状态。行人经过结构各阶模态振型波峰时,结构各阶模态频率和阻尼比分别达到最小值和最大值。人体全身振动特性减弱了人与结构相互作用,考虑了人体全身振动特性的2DOF双足模型较为全面地反映了人与结构相互作用。(3)研究跑步作用下人与结构系统的动力模拟,提出了同时考虑腿部回摆和外力做功的综合控制机制以保持步态稳定。分析了2DOF双足模型跑步作用下的动力特性、控制过程及能量变化过程,讨论了跑步运动的稳定性,阐述了跑步作用下的结构动力响应及步态变化。研究结果表明,2DOF双足模型能够模拟包括支撑和飞行阶段在内的完整跑步过程。提出的综合控制机制,能够自动调整运动状态并维持能量平衡。其不仅能保持模型稳定运行,还提高了稳定性能。对跑步状态下的人与结构系统进行动力分析显示,随着行人向结构跨中移动,跑步过程中产生的地面反力增大的最大幅度为1.48%,跑步状态下的人与结构相互作用较弱。(4)采用2DOF双足模型模拟人群中的单个行人,基于2DOF双足模型参数域分析,研究了人群激励下结构的随机振动问题。建立人群与结构相互作用运动方程,确定了人群激励下结构随机振动的基本理论和算法。对人群与结构系统进行分析表明,结构的动力响应及人群与结构相互作用的程度随人群密度及人群协同率的增大而增大。结构动力特性的改变主要是由于结构上人的存在而产生的,即与人群密度及人群分布位置有关,表现为频率的降低和阻尼的增大。相对于单人而言,人群下的人与结构相互作用更加明显,采用2DOF双足模型考虑人群与结构相互作用十分必要。