步行荷載動力特性三維實驗與分析模型研究

《步行荷載動力特性三維實驗與分析模型研究》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：步行荷載動力特性三維實驗與分析模型研究
• 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

大跨人行橋、大跨樓蓋等結構的迅速發展使得人致結構振動引起的舒適性及安全性問題日益突出，工程套用中迫切需要掌握步行荷載的動力特性，以更為準確地進行人致結構振動分析。然而，針對中國人行走特點的步行荷載動力特性的基礎性實驗研究工作目前國內幾乎沒有，且不宜直接採用國外標準。為此，在深入總結分析已有研究工作所面臨的問題和技術瓶頸的基礎上，本項目採用新型三維步態分析技術和足底壓力測試系統開展步行荷載動力特性的三維精細化實驗，通過建立測試者的多剛體模型並進行動力學仿真，得到高質量多工況的步行荷載曲線資料庫。在此基礎上提出步行荷載的多變數時域模型和功率譜模型。項目研究充分發揮多學科交叉創新的優勢，在實驗方法及建模思想上相比已有研究工作有創新。項目研究成果可為人致結構振動的安全性和舒適性分析提供荷載標準，並為相關設計規範的修訂提供依據。

結題摘要

隨著大跨度樓蓋、人行橋、體育看台等的柔性結構的大量興建，在行人步行作用下的振動舒適度問題日益凸顯。行人步行荷載的動力特性和數學模型是進行結構振動舒適度分析的必要條件，然而我國在此方面的研究十分薄弱。本項目研究利用三維動作捕捉技術開展了73人次的單人步行、跳躍荷載實驗。在實驗數據的基礎上，建立了單步步行荷載的傅立葉級數模型和連續步行荷載的主次諧波荷載模型。此外，還提出了單人跳躍的修正半正弦平方模型。在大量步行和跳躍荷載實驗記錄的基礎上，本項目進一步提出了在行人荷載作用下大跨度工程結構振動回響計算的反應譜分析方法。該方法建立了荷載與回響之間的直接關係，方便工程設計人員使用，計算精度也得到了實驗和實測結果的驗證。 步行和跳躍是行人在結構上的兩種最典型的荷載形式，然而對應的荷載模型和取值方法在我國一直是空白。國內外生物力學和醫學領域的研究早已表明，由於身高、體重、體段質量分布以及步態特徵的不同，東西方人行走時的地反力（即步行荷載）的統計特性有較大差異。因此，本項目所開展的針對中國人步行和跳躍特點的荷載實驗以及所建立的荷載模型具有重要的科學意義和工程套用價值。研究成果發表在本領域重要的國內外學術刊物上，共發表標註論文16篇，其中SCI檢索論文4篇，EI檢索論文12篇，培養碩士研究生7人。與本研究方向的國際領先學術團隊開展了深入的學術合作，聯合發表研究論文2篇。