靜立人體-結構豎向相互作用研究.pdf

1、近年來，隨著設計師對建筑藝術形態(tài)的不斷追求，以及高性能建筑材料的大量涌現(xiàn)，現(xiàn)代建筑結構的輕質、大跨、低阻尼特性日益明顯，這就使得由于靜立人群與結構耦合而導致的振害問題逐漸突顯。
　　靜立人體—結構豎向相互作用是一個復雜、重要，但仍未被充分認知的關鍵性問題。主要包括:1.結構振動是怎樣影響靜立人體的反應或舒適度的;2.靜立人體是怎樣影響結構響應和動力學特性的。為解決這兩個關鍵性問題需要建立一個簡單、合理、準確的靜立人體模型，而建立該

2、模型的前提是確定出靜立人體的相關參數(shù)。
　　本文根據(jù)理論推導和Wang Dongwei博士的研究成果，設計出具有合理參數(shù)比的振動臺，并利用自由振動實驗確定出結構的實際動力學參數(shù)。參考生物力學家的思路，使用振動臺進行受強迫振動測試，得到靜立人體—結構耦合系統(tǒng)的豎向共振頻率。通過對比發(fā)現(xiàn)，有無靜立人體時系統(tǒng)的共振頻率分別為二階和一階，由此說明靜立人體并不是一剛性質量塊而是具有質量、剛度、阻尼的單自由度。
　　基于最小二乘和正態(tài)分

3、布原理，將實驗測得的靜立人體—結構耦合系統(tǒng)的共振頻率與由理論模型推導出的共振頻率進行對比，本文識別出了靜立人體的模態(tài)質量、人與結構耦合質量分別約為人體總質量的39.62％和49.45％，而靜立人體的阻尼比、基頻分別約為0.1217和4.29Hz。在此基礎上，本文進一步對Ji提出的兩段連續(xù)直桿模型進行優(yōu)化，得出了人體直桿模型的剛度、質量、高度分布以及靜立人體的豎向模態(tài)函數(shù)。
　　用兩段連續(xù)彈性桿模擬靜立人體，建立人群—人行橋—調諧質

4、量阻尼器(TMD)振動系統(tǒng)。將靜立人群簡化建模為單個的廣義人體，研究廣義人體—人行橋—調諧質量阻尼器振動系統(tǒng)的動力特性及TMD參數(shù)設計。運用最小二乘原理確定廣義人體的相關參數(shù)，通過與已有的實驗數(shù)據(jù)對比，驗證了將靜立人群簡化為廣義人體模型的正確性。以均方根加速度作為人體舒適度的優(yōu)化準則，分析了人行橋TMD的最優(yōu)頻率比和最優(yōu)阻尼比。在此基礎上，本文引入了具有隨機意義的人行橋TMD設計方法并建立了考慮多模態(tài)和多個TMD的人群—人行橋—MTMD

5、微分方程。
　　研究廣義人體—結構—TMD耦合系統(tǒng)的動力特性，將廣義人體和結構均簡化為單自由度(SDOF)，與懸掛于結構下部的TMD構成一個三自由度(3DOF)的振動系統(tǒng)。導出了廣義人體—結構—TMD系統(tǒng)的無阻尼固有頻率和位移、加速度反應譜，并與2自由度的結構—TMD系統(tǒng)進行了對比，結果表明廣義靜立人體對系統(tǒng)的固有頻率和位移、加速度反應譜有一定影響。當結構基頻大于人體基頻一倍時，兩種模型的固有頻率很接近，而當結構基頻與人體基頻接近