《人致荷載的物理隨機模型研究》是依託同濟大學，由陳雋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：人致荷載的物理隨機模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳雋
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
步行和跳躍激勵是人行橋、大跨樓蓋及體育看台等多種工程結構的重要設計荷載，其隨機荷載模型的研究國內外極少。本課題研究步行及跳躍兩種典型人致荷載的隨機物理模型。首先建立單人步行及跳躍荷載的質量-彈簧-阻尼器動力學模型並引入生物力反映運動的物理機制，推導各種典型模型的生物力（激勵）與加速度回響（人致荷載）間的頻響函式的理論表達式，探討各模型的適用條件。利用三維動作捕捉和測力鞋墊技術開展步行和跳躍荷載的實驗，與已有實驗數據一同構建具有代表性的資料庫。採用複合反演方法由實驗數據識別動力學模型中的參數並研究其機率分布形式。基於實驗數據研究生物力的時頻域表達形式及控制變數，最終獲得步行及跳躍荷載的功率譜表達式，並結合數值模擬技術實現人致荷載的隨機模擬。項目研究突破了現象學的研究範式，所提出的功率譜模型可為大跨結構的人致振動舒適度分析、振動控制和可靠性分析等提供荷載基礎，為相關設計規範的修訂提供依據。
結題摘要
人致振動問題伴隨建築物更高、更長、更輕的發展趨勢而日益嚴重。傳統的人致荷載研究採用確定的現象學研究方式，忽略了荷載的隨機性及其產生的物理機制。對此，本項目研究針對步行荷載，通過建立人的“spring-mass-damper (SMD)模型並引入內驅生物力來反映荷載物理機制，同時研究模型參數的機率分布特性來反映荷載的隨機特徵。首先通過基於三維動作捕捉技術的實驗獲得了SMD模型的參數以及內驅生物力的數學模型和係數。通過數值模擬表明採用帶內驅生物力的SMD模型的合理性和必要性。進而，針對兩類典型的大跨結構（樓板和人行橋），集中開展了模型實驗驗證。通過將理論計算結果與實驗結果進行對比，分別從結構回響、界面力、質心軌跡等三個方面驗證了本文所建議的含生物力的SMD模型的適用性。將SMD模型與結構模型相結合，可以建立考慮人-結相互作用的結構振動舒適度問題的耦合分析系統，從而顯著提高分析的精度和可靠性。理論分析和實驗結果均表明，對於較柔的結構，若不考慮人-結相互作用，則計算結果與實測結果的偏差很大。採用包含內驅力的SMD模型描述行人的步行荷載，是本研究首次提出。本項目共發表期刊研究論文22篇，其中sci收錄13篇，EI收錄9篇，成為近五年國內在人致振動方向上發表論文最多的學者，出版國內第一本關於人致荷載和人致結構振動的學術專著，被國際振動監測學會副主席評價為”振動舒適度中國最活躍的研究者“，受邀作為中國區唯一代表參加振動舒適度國際路線圖的編制委員會。項目研究培養碩士研究生5人。
