【摘 要】
:
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
【基金项目】
:
国家重点研发计划课题(2016YFC0701106); 国家自然科学基金:人与结构相互作用体系的地震反应分析、设计及混合试验模拟(51878525);
论文部分内容阅读
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。
其他文献
逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)可以全天时全天候对目标进行远距离成像,在战略防御、空间探测、港口监视等军民领域发挥着愈加重要的作用。随着需求的不断增加,对ISAR成像效率和成像质量的要求也在不断提升。因此,需要对常规运动补偿和成像技术进行改进和更新以充分满足新的应用需求。实际应用中,由于激烈的空间攻防对抗和复杂的外界电磁环境干扰等因素,雷
作为单载波(Single Carrier,SC)体制和多载波(Multi-carrier,MC)体制的兼容形式,基于加权分数傅里叶变换(Weighted-type Fractional Fourier Transform,WFRFT)的混合载波(Hybrid Carrier,HC)体制具有更高的波形设计灵活性。同时,相比SC体制和MC体制,其信号能量更平均地分布在时频平面上,有助于在双选信道下获得
本研究通过文献资料法、逻辑分析法、对比分析法等研究方法,选取近年来国际上短、跨、跳项目中成绩出色的且具有代表性的运动员60人的相关数据,探究国际田径短、跨、跳项目运动员成绩增长规律及年龄特征。研究发现:国际高水平短、跨、跳项目运动员以青年最好成绩为基础,成绩增长幅度平均达到9.11%;国际高水平短、跨、跳项目运动员成绩增长与项目特点相关,项目技术发展空间越大,成绩提高幅度也越大;国际高水平短、跨、
将再生粗、细骨料混凝土置于钢管中,形成钢管再生粗/细骨料混凝土柱,可利用组合构件的力学性能优势有效弥补再生混凝土的力学缺陷,在多层及小高层结构中具有广阔的应用前景。钢管再生混凝土的约束机理复杂,再生混凝土材料自身具有高离散性,建立精确且具有普适性的钢管再生混凝土力学性能预测模型与设计方法,是制约该类新型结构工程应用的瓶颈式难题。目前,国内外学者已对钢管再生粗骨料混凝土的力学性能进行了较为系统的研究
汽车悬架系统是连接车身与车轮弹性装置的统称,随着汽车工业技术不断发展,主动悬架系统因其优越的衰减车身振动性能,成为汽车悬架系统的发展趋势。然而,由于主动悬架系统结构设计复杂且包含多个执行机构与多种类型传感器,系统机械结构与元器件由于长时间使用或老化易发生故障,降低了主动悬架系统甚至整车的控制性能、可靠性与安全性。主动悬架的可靠性问题是限制主动悬架广泛普及的重要因素之一。因此,关于主动悬架系统故障诊
采用正交层板胶合木(CLT)制作楼、屋盖构件和剪力墙的多、高层木结构称为正交层板胶合木结构。正交层板胶合木及结构体系的研发可追溯到20世纪90年代,本世纪第二个10年中期始纳入各国木结构设计标准,也包括我国木结构设计标准GB 50005—2017。正交层板胶合木组坯方式多变,其层板的材质等级、层板的几何尺寸和层数的选择自由程度很高,因此正交层板胶合木构件和连接的承载力和刚度计算较均质材料是更为复杂
随着物联网快速发展,传统地面网络难以满足未来物联网的全球广域接入需求。低轨卫星网络具有可全球覆盖、低传播时延和低成本的优势,以低轨卫星网络作为地面网络的补充,构建低轨卫星物联网,实现全球万物互联互通是必然趋势。然而,由于低轨卫星网络星地链路受多径衰落、多普勒频移等影响,以及星地网络的频谱资源的限制,对低轨卫星网络星地链路的多址接入方法、译码方法、信道建模等方面提出更高的要求。本文以低轨卫星物联网为
斜拉桥索(以下简称为斜拉索)是风敏感结构,涡激振动、干索驰振、风雨激振等典型斜拉索风致振动可引发结构疲劳损伤甚至直接破坏,影响结构安全与使用寿命。流动控制是提高斜拉索抗风性能的重要手段。传统的流动控制措施通常产生于对斜拉索二维流场机制的探讨,缺乏对斜拉索绕流场三维流动特征的分析。而控制高效、装置简单且成本低廉的斜拉索风致振动三维流动控制方法的提出有赖于斜拉索三维流场的流动机制研究。因此,本文以掌握
数据,作为新一代生产要素,已成为各个企业和国家具有战略价值的重要资产。由于数据只有流动与共享才能更为充分地发挥其价值,寻求跨企业、行业、领域的多方数据合作计算,已成为当前企业的刚性需求。但数据价值的重要性愈加凸显,这种合作计算模式引发的数据泄漏与滥用所导致的负面影响和经济损失也越大。因此,如何实现多方数据的安全合作计算成为亟待解决的重要问题。利用安全多方计算技术,构造安全多方计算通用协议,以实现任
波纹钢结构具有施工速度快、工程造价低、耐久性好等优势,在公路管涵、隧道、综合管廊和防护工程中得到广泛应用。其中,综合管廊、地下隧道等应用场景为充分利用空间,更适合使用浅拱形(矢跨比小于1/5的拱)波纹钢结构。随着结构逐渐向大跨度、高负荷方向发展,现有波纹钢结构的稳定问题逐渐突出,在承受较大荷载时可能发生结构失稳。本文提出了一种波纹钢-钢筋混凝土组合浅拱构件,其截面刚度大幅提高,可有效改善波纹钢结构