铝合金桁架人行桥人致振动与减振

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随着新型材料(铝合金、CFRP、胶合木等)不断应用于人行桥,一些轻型材料人行桥不断涌现,人与人行桥更复杂的相互作用问题随之而来。为此,本文以一座高基频轻型材料人行桥-铝合金桁架玻璃人行桥为研究对象,实测分析了静态单人、静态人群集中与均布作用、动态单人、动态人群作用下人与人行桥耦合系统的动力特性和人致振动响应。最后根据该人行桥的舒适度评价结果,应用粘滞阻尼器(Viscous Fluid Damper,VFD)与自制调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper,TLD)联合减振系统对该人行桥进行了振动控制。本文主要研究内容及成果如下:(1)人与高基频铝合金桁架人行桥耦合系统动力特性实测研究。以一座高基频铝合金桁架人行桥为实测平台,测试了环境、单人跳跃、砝码冲击三种激励方式下人行桥自身动力特性;并基于人体传递率的方法实测了12位测试者人体的动力特性,测得人体平均固有频率为5.4Hz,平均阻尼比为0.28;分析了静态与动态人群对人行桥动力特性的影响,并与人体等重砝码对比。实测结果表明:人行桥的动力特性受人体作用位置、分布形式、运动状态以及人与结构质量比和频率比影响。相比人行桥空载基频,单人静立使人行桥振动频率略微增加,静立人群与砝码均使人行桥振动频率下降。静立人体使人行桥阻尼比显著提高,等重砝码对人行桥阻尼比几乎无影响。相比桥上静止人体,桥上行人会导致人行桥的振动频率略微提高,且桥上人体在行走状态下更易增加结构的阻尼比。因此,在计算高基频铝合金桁架人行桥的动力特性与人致振动响应时,不能把人体等效为等重质量块,应考虑人与结构相互作用。(2)人与高基频铝合金桁架人行桥耦合系统动力响应实测研究。通过人致振动实测,分析了不同人数行人齐步行走、随机行走以及原地踏步对人行桥振动响应的影响。测试了人行桥与桥上静立人体的人致振动响应。结果表明:采用定点原地踏步代替行人移动作用测试人行桥的最大人致振动响应,既能简化测试过程,又能使结果略偏安全。人行桥在人致振动下,桥上静立人体所承受的振动加速度大约为静立人体留驻处人行桥振动加速度的1.08~1.40倍,采用人行桥加速度响应已不能准确评估人体舒适度。(3)高基频铝合金桁架人行桥减振实测研究。根据舒适度分析结果设计了粘滞阻尼器与自制TLD联合减振系统,并通过人致振动实测验证了该减振系统的可行性。结果表明:当行人步行频率的主谐分量与亚谐分量接近行人与桥耦合系统振动频率时,高基频铝合金桁架人行桥会产生较大的人致振动响应而影响行人舒适性。粘滞阻尼器与TLD水箱分别对该人行桥竖向和横向减振效果较好,最大减振效果达50%与30%左右,当TLD水箱基频与人桥耦合系统横向卓越频率相近时减振效果最佳。
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