【铝合金人行桥竖向耦合振动分析1700字】

铝合金人行桥竖向耦合振动分析1.1人-桥竖向耦合振动计算方程(Calculationequationofverticalcouplingvibrationofpedestrianbridge)人-桥竖向耦合振动方程如(7-1)所示:(7-1)在上式中，M为所计算桥梁结构的质量矩阵;K是所计算桥梁结构的刚度矩阵，C是所计算桥梁结构的阻尼矩阵;是所计算桥梁结构在行人施加的步伐荷载作用下的加速度的大小、速度的取值以及位移响应;F代表行人施加的步伐荷载，是矢量。桥梁结构的振动响应是包含于桥面上行人的步伐荷载之中的，即行人与桥梁之间存在的相互作用，因此每一个步伐荷载都必须要进行迭代计算，再根据迭代计算之前和计算之后的步伐荷载之间的差量相同与否来判断该计算结果的收敛与否。1.2桥梁概况(Overviewofbridges)复兴路铝合金人行天桥作为本次计算的一个实际例子，利用以上所述的计算模型，来分析人－桥耦合振动对铝合金人行桥的动力响应的影响。该桥的结构型式为简支梁桁架桥且采用上端开口的形式，该铝合金人行天桥的跨度为，桥面的宽度为。本次的计算模型通过等质量以及等刚度的换算方法采用空间单梁模型以达到简化复杂的计算。桥梁重度为，该结构在竖向的弯曲变形的截面惯性矩为，侧向的弯曲变形的截面惯性矩为，等效扭转常数，弹性模量为。该人行铝合金天桥的横断面图和平面图如下图7-1所示。a平面图b横断面图图7-1Figure7-1利用阻尼来考虑铝合金桥梁结构的阻尼效果，即:(7-2)式中，系数取取。1.3单人通行时的耦合振动计算(Calculationofcoupledvibrationinsinglepersontraffic)为了计算铝合金人行天桥桥梁结构振动响应在单个行人步伐荷载作用下的大小。我们可以假设铝合金人行天桥的桥面板中心线为行人的行走轨迹，同时，我们将行人在每秒内完成的步数、步长以及体重定为2、0.8m和0.75kN。此外在此次计算中我们将结构振动响应输出点选在铝合金桥梁的跨中位置。图7-2为人体在运动时重心位置在竖向的位移和速度时程随时间变化的曲线，这两条曲线行人在运动的过程中保持动作稳定的过程。图7-2重心的振动响应Figure7-2Vibrationresponseofcenterofgravity图7-3为铝合金人行天桥在桥梁跨中位置处的竖直方向上的向挠度、速度以及加速度响应时程，分人－桥竖向耦合与人桥竖向非耦合。从图上可以看出，在仅有单人在桥面上行走时，二者结果差异很小。图7-3单人过桥时结构跨中的振动响应时程Figure7-3Vibrationresponsetimehistoryofthestructureinthemiddlespanwhenasinglepersoncrossesthebridge1.4人群荷载下的耦合振动计算(Thecalculationofcoupledvibrationundercrowdload)为了模拟铝合金人行桥在实际荷载作用下的实际振动响应程度，将采用上述的模型用于计算铝合金人行桥在行人荷载作用下的振动响应。首先假设取人群密度为0.25-0.35/m2。同时又为考虑人类个体随机分布的特性，所以还需要将人群的分布按照个体所在位置、个体的步频差异性、体重差异、腿长以及步长等Monte-Carlo法在已经设定的数据库中随机地生成其相应的数据。其中设定步频范围在1.6至1.8Hz之间，体重范围设定在0.6-0.8kN之间，人群则均匀的布置在桥面上。个体在桥面上个位置决定了其行走方向，即为个体的行走原则遵从靠右行驶原则。在相同的条件下需要分别计算出在考虑行人和桥梁耦合振动的情况下和在不用考虑行人和桥梁耦合振动时的影响。除此之外，为了保证在桥面之上行人数目在整个过程中保持恒定，但有某个行人模型走出桥外至少5m及以上时应当在入桥处重新加上此模型的步伐荷载。在人群密度相同的情况下，我们应该定义出10种不同的人群荷载工作状况，并计算出每种工况下的在竖直方向上的加速度最大值的平均值，才能获得真实可靠的铝合金人行桥在行人荷载下的动力响应结果。不同密度的人群荷载作用下的考虑与不考虑人桥竖向耦合振动的桥梁在跨中位置处的最大竖直方向的动力响应平均值对比[15]见下表7-1。在下表中，“”即为不考虑人桥耦合，“”即为考虑人桥耦合。表7-1结构最大动力响应均值[20]Table7-1Meanvalueofmaximumdynamicresponseofstructure[20]人群密度(人/m2)挠度/mm速度/(mm·s-1)加速度(m·s-2)NoYesNoYesNoYes0.21.381.2321.0114.540.910.610.42.412.1528.4915.751.260.690.63.232.9134.4518.221.550.750.84.453.8043.1220.011.850.881.05.284.6846.8519.812.050.921.26.445.7156.1419.642.490.891.41.066.4152.5421.212.350.981.68.051.3759.4122.852.691.091.88.738.0862.0522.022.751.072.09.588.8765.5124.482.821.142.210.649.9874.8824.013.351.162.411.6110.7879.4226.243.481.272.612.6411.5976.5926.783.311.262.813.3312.3971.6125.193.451.123.014.0813.2578.9728.423.451.35综上所述，双脚支撑模型能够很好地模拟行人在桥面上行走时的对桥面结构所施加的步伐荷载;再者，在对铝合金人行天桥