近年来,尤其伦敦千禧桥事件之后,人与结构相互作用（Human-structure interaction,HSI）问题引起研究者的广泛关注。在该事件中,人群步行导致的桥面大幅度振动造成人群恐慌。许多学校建筑在汶川地震中发生严重损伤甚至倒塌,其时正值学生位于教室,人群荷载大,这引起了对紧急疏散行为在结构失效中所起作用的关注。为量化评价人与结构相互作用的影响,本文提出了适用于大幅度振动环境下奔跑和步行的弹簧负载倒立摆模型（Spring-loaded inverted pendulum,SLIP）,并进行了人体在侧向或纵向激励下移动的振动台试验研究。在此基础上考虑人人之间的差异建立了人群-结构相互作用模型,实现了对人群-结构系统的地震响应模拟。主要研究内容如下:1.建立了用于模拟人体在水平振动楼面上奔跑的三维SLIP模型。对腿部力和足部弯矩采用PD控制实现了期望的质心高度和前向奔跑速度,并采用P控制维持有限的侧向速度。数值结果显示,即使遭受大幅度扰动,控制方法依然表现出良好的鲁棒性。进行了人体在侧向或纵向激励下的跑步机上奔跑的振动台试验。结果表明,HSI随激励水平的增大而增大,同步主要发生在纵向激励下。在侧向方向HSI能被解释为对结构的附加质量和负阻尼,在纵向方向为附加质量。数值仿真和试验结果比较表明所建立的模型能够很好地描述人体在静止和振动的地面上的行为。2.建立了能够模拟人体在纵向楼面激励下步行的弧形脚SLIP模型。进行人体在无纵向激励和有纵向激励跑步机上的步行试验。结果表明,人体步行时在纵向方向的HSI主要体现为附加质量和正阻尼。当人体在振动频率附近行走时,步行频率会趋向于和结构振动频率一致。对比试验结果,该模型能够较好地描述人体在步行时的纵向力特征。在纵向地面激励下,模型能够很好地呈现人体的拍振和同步响应。分析不同控制参数对人体行为的影响,结果显示相互作用力随控制参数的增大而增大。3.建立了能够描述人体在侧向楼面激励下步行的三维SLIP和三维刚性倒立摆（Inverted pendulum,IP）模型。提出用kp控制方法维持二维线性倒立摆模型的稳定行走,并采用谱半径方法推导确定了满足稳定性条件的kp控制参数的取值范围。对比分析二维线性IP、三维刚性IP和三维SLIP模型在无振动和有振动环境下的行为。结果表明,三维SLIP得到的等效系数与试验结果吻合较好。三维模型能够体现人体在近共振频率处的相位牵引和同步现象,与试验结果具备较高的重合度。4.进行了人与结构相互作用体系在地震下的实时混合试验。试验结果显示,人体在受到地面振动之后步频发生明显改变。当人体步频与结构振动频率接近时会发生同步现象,导致结构响应出现大幅度增加。当人体步频远离结构频率时,人体步行对结构响应的影响较小。5.在所建立SLIP人体模型的基础上,进一步考虑人群中个体差异的影响,建立人群与结构相互作用模型,分析了人群移动对结构抗震响应的影响。结果显示,人群移动对结构响应有较大的影响,在70Gal幅值的水平地震激励下,人群行走对结构的影响较无人时最大增大37.8%,平均增大12.1%;人群奔跑对结构的影响较无人时最大增大24.2%,平均增大5.4%。考虑人与结构相互作用后,受结构振动影响人体步频发生改变,导致人群同步系数提高,人体对结构地震响应的影响相应增大。