【正文】 雖然在模擬試驗(yàn)中，橋梁的振動(dòng)參數(shù)均在合理范圍內(nèi)，但是隨著時(shí)間的推移，橋梁自身的問(wèn)題也逐漸體現(xiàn)，直到現(xiàn)在讓行人明顯感覺(jué)不安。計(jì)算過(guò)程：每次跳躍消耗時(shí)間：t總=，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，上升階段所需時(shí)間：t升=上升階段騰空時(shí)間：T=2hg=2=上升階段蹬地消耗時(shí)間：t=t升T==離地時(shí)速度：vs=2gh=2= m/s最大蹬地加速度：a0= vsT+g=+= m/s2加速度遞減系數(shù)：k=（a0+g）/t=（+）/=253蹬地力與時(shí)間t的函數(shù)表達(dá)式：Nt=m（at+g）= 橋梁模型效果左圖為模型橋墩與主梁相接處的局部放大圖。最終計(jì)權(quán)加速度的計(jì)算式為：aw=sfsT12。本次試驗(yàn)一個(gè)使用了9個(gè)傳感器，就意味著會(huì)有9個(gè)通道，布置9個(gè)線(xiàn)路。可以通過(guò)頻譜分析儀器確定以上各工況下激發(fā)的頻率計(jì)權(quán)加速度。作為極值的特例，當(dāng)k趨于無(wú)窮大時(shí)，且蹬地力為有限值時(shí)，伸展時(shí)間T趨于零。實(shí)際跑步過(guò)程中，尤其是高速跑動(dòng)踏地時(shí)強(qiáng)烈沖擊產(chǎn)生的踏地力遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)值，速度越大，踏地力也越大。αi成為第i階簡(jiǎn)諧動(dòng)荷載系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)DLF，乘積Wαi則是第i階動(dòng)荷載的幅值。一般而言，步行力幅值、步幅和步速隨步頻增大而增大，而觸地時(shí)間隨步頻增大而減小，因此對(duì)步頻的研究意義很大。非正常行走（比如跑步、跳躍）和正常行走具有不同的荷載特征。由于人行橋振動(dòng)時(shí)一般有明顯的某一階模態(tài)特征，因此常采用模態(tài)法來(lái)評(píng)估人行橋某一階模態(tài)的響應(yīng)。有限元建模的中心任務(wù)是結(jié)構(gòu)離散，即劃分網(wǎng)格。行人在處于奔跑或跳躍的情況下很容易提供克服阻尼的能量，因此行人在人行橋上奔跑或跳躍非常容易引起橋梁的振動(dòng)。作為高等學(xué)校的畢業(yè)生，研究這些在實(shí)際工程中正在廣泛的應(yīng)用著的問(wèn)題，等步入社會(huì)后也會(huì)很快地適應(yīng)工作，盡快為社會(huì)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。通過(guò)對(duì)北京市市區(qū)威力人行橋在行人快速通過(guò)激勵(lì)下人行橋振動(dòng)特性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將試驗(yàn)所得的多組人行橋振動(dòng)曲線(xiàn)擬合，運(yùn)用有限元分析原理進(jìn)行分析。 柬埔寨金邊發(fā)生踩踏事件的懸索橋模擬試驗(yàn)部分：通過(guò)Midas/Civil軟件，構(gòu)建人行橋下的有限元模型；對(duì)體系輸入行人激振力后計(jì)算出橋梁上部結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。鋼性人行橋在國(guó)內(nèi)并不常見(jiàn)，由于歷史的原因，其在國(guó)內(nèi)的發(fā)展與鋼筋混凝土橋大致重合，導(dǎo)致在人行橋領(lǐng)域被后者大部替代。因此在當(dāng)代社會(huì)中，城市人行橋往往都是采用鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)橋木橋。這些獨(dú)木橋和石梁橋便是人類(lèi)至今種類(lèi)繁多的人行橋原貌。本文旨在為人行橋減振的研究盡己微薄之力，主要以北京市威力人行橋作為研究對(duì)象，對(duì)其各跨跨中、1/4跨處布置測(cè)振儀器，之后以預(yù)定的激振模式去引發(fā)橋的振動(dòng)，從橋梁振動(dòng)的波形圖像對(duì)橋梁本身的性質(zhì)進(jìn)行分析，得出橋梁的自振頻率。因此從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，多日的橋梁測(cè)振試驗(yàn)也給路人普及更多關(guān)于橋梁振動(dòng)方面的知識(shí)。早在公元前2000多年前，巴比倫曾在幼發(fā)拉底河上建石墩木梁橋，公元前55年羅馬也曾在萊茵河上修建一座長(zhǎng)達(dá) 300多米的木排架橋；而在瑞士盧塞恩至今保存著兩座中世紀(jì)式樣的木橋：一是1333年始建的教堂橋,一是1408年始建的托滕坦茨(Totentanz)橋；18世紀(jì)末至19世紀(jì)初的三、四十年間，美國(guó)盛行建有屋蓋（保護(hù)木結(jié)構(gòu)）的大木橋，1815年在賓夕法尼亞州建成的跨越薩斯奎漢納河的麥考爾渡口橋，跨度達(dá)到110米，堪稱(chēng)空前。在中國(guó)人行橋的發(fā)展歷程中，石橋時(shí)代占據(jù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，進(jìn)而醞釀了我國(guó)燦爛的石橋文化。人行橋是方便人類(lèi)通行的建筑物，過(guò)去人們往往更多對(duì)大型橋梁的安全保持關(guān)注，人行橋則被忽視，然而不斷發(fā)生在人行橋上的人群踩踏事故，導(dǎo)致多人傷亡，卻令人傷痛不已。方案：（1）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。同時(shí)，由于我國(guó)城市主干路寬度不斷增加，使得人行橋結(jié)構(gòu)的主跨往往達(dá)到30~50m。在豎向與側(cè)向均可以用傅立葉級(jí)數(shù)的形式來(lái)表示這種周期性變化激勵(lì)，級(jí)數(shù)的中高階頻率必須是基頻的整數(shù)倍。有限單元法是一種高效能、常用的計(jì)算方法，最早可上溯到20世紀(jì)40年代?，F(xiàn)在結(jié)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)計(jì)已普遍采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力有限元法。英國(guó)倫敦千禧橋就是一個(gè)著名的例子。單人步行力的測(cè)量基本屬于生物力學(xué)研究范圍，主要是通過(guò)受試者在測(cè)試板或走步機(jī)之類(lèi)儀器上行走，獲取步行力動(dòng)荷載的時(shí)程曲線(xiàn)并進(jìn)而分析它的參數(shù)特征。隨機(jī)性模型認(rèn)識(shí)到行人雙腿交叉行進(jìn)過(guò)程是一個(gè)窄帶隨機(jī)過(guò)程，不僅不同的人的行走特性不同，同一個(gè)人在行進(jìn)中的每一步其實(shí)也有細(xì)微的區(qū)別，因此行人腳步力荷載時(shí)程曲線(xiàn)并不是嚴(yán)格的周期函數(shù)。歷史上不同研究者對(duì)跑、。若物體在解除約束的同時(shí)具有向上的速度，就能脫離地面跳起。4人致振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)北京市威力人行橋位于東三環(huán)北路（），其振動(dòng)問(wèn)題備受附近居民關(guān)注，近年來(lái)政府及各院校均收到來(lái)自社會(huì)的反應(yīng)報(bào)告。 941型傳感器（1）接通電源。（5）試驗(yàn)結(jié)束后，整理好試驗(yàn)儀器，清理現(xiàn)場(chǎng)垃圾。以下給出主梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體視圖。因?yàn)橹ё疾捎寐菽高M(jìn)行連接，這兒也定義為固定端，且為彈性連接。已達(dá)到讓行人感覺(jué)相當(dāng)不舒適的標(biāo)準(zhǔn)； m/s2，由相當(dāng)不舒適標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步向不舒適靠近；，達(dá)到讓行人感覺(jué)有點(diǎn)不舒適的標(biāo)準(zhǔn)；，達(dá)到讓行人感覺(jué)有點(diǎn)不舒適的標(biāo)準(zhǔn)，并逐漸向相當(dāng)不舒適標(biāo)準(zhǔn)靠近；，已達(dá)到讓行人感覺(jué)相當(dāng)不舒適標(biāo)準(zhǔn)。所以，在橋梁管理方面，一方面要對(duì)市民加強(qiáng)橋梁振動(dòng)方面知識(shí)的宣傳，讓更多人知道在橋面上跑動(dòng)及跳躍對(duì)橋梁本身的影響程度；另一方面要在振動(dòng)比較明顯的橋梁處樹(shù)立警示牌，告誡人們要愛(ài)護(hù)橋梁，不要或盡量減少在橋上跑動(dòng)和跳躍，為自己也為他人創(chuàng)造一個(gè)和諧的過(guò)橋環(huán)境。結(jié)果表明行人跑動(dòng)及跳躍大大增加對(duì)橋梁的作用力，對(duì)橋梁的危害可想而知。在雙人同向跑動(dòng)模擬試驗(yàn)中，可以同時(shí)對(duì)模型施加兩個(gè)上述單人跑動(dòng)模擬荷載，相當(dāng)于現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中雙人同時(shí)同向跑動(dòng)。根據(jù)以上節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在Midas/Civil軟件中建立節(jié)點(diǎn)與單元。 單人原地跳躍實(shí)測(cè)極值加速度測(cè)點(diǎn)豎向最大加速度a（m/s2）對(duì)應(yīng)時(shí)間t（s）123456。此表對(duì)整個(gè)試驗(yàn)安排及后期數(shù)據(jù)分類(lèi)都起到非常重要的作用。受橋下車(chē)輛的干擾相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很大，車(chē)的振動(dòng)一般為頻率較高的振動(dòng)。為便于分析，設(shè)人體質(zhì)心的垂直加速度a(t)按簡(jiǎn)單的線(xiàn)型規(guī)律變化：a(t)=a0kt (10)對(duì)于質(zhì)量為m的人體，地面的支撐力為：N=m(a+g) (11)若T為下肢開(kāi)始伸展到離地起跳起之間的時(shí)間間隔，則T時(shí)刻的加速度應(yīng)等于g，從上式導(dǎo)出： k=（a0+g）/T (12)設(shè)t=0時(shí)刻初速度為零，對(duì)啊a(t)積分計(jì)算起跳速度vs得到： vs=(a0g)/T (13)起跳的必要條件vs0，a0g，即起跳的初始加速度a0必須大于重力加速度g，利用式（11）計(jì)算初始蹬地力N0，起跳條件a0g，要求N0大于二倍體重：N0=m(a0+g)2mg (14)因此人們伸展膝關(guān)節(jié)的動(dòng)作必須有足夠的爆發(fā)力才能完成起跳（）。研究表明，當(dāng)步行時(shí)質(zhì)心的垂直加速度達(dá)到g時(shí)，法向約束力減小為零，約束即被消除。由于確定性荷載相對(duì)簡(jiǎn)單，使用方便，國(guó)外已有的人行橋動(dòng)力設(shè)計(jì)指南普遍采用確定性荷載預(yù)測(cè)評(píng)估人行橋動(dòng)力使用性能。 可以看到，步行力的數(shù)學(xué)建模是一個(gè)非常困難的問(wèn)題，原因是：（1）行人移動(dòng)荷載多種多樣，并且會(huì)隨著時(shí)間和空間的變化而變化；（2）影響荷載的因素較多；（3）單人荷載本質(zhì)上是窄帶隨機(jī)過(guò)程，這一過(guò)程尚未被很好地認(rèn)知從而導(dǎo)致建模的困難；（4）人群之間的相互影響和人與橋之間的自發(fā)同步與協(xié)調(diào)很難再數(shù)學(xué)模型中體現(xiàn)；（5）行人在橋上移動(dòng)和地面移動(dòng)的感受不相同，一般而言，在橋上的耐受能力要強(qiáng)一些，但大量的行人動(dòng)荷載的測(cè)量卻是在固定地面條件下獲得的，在移動(dòng)平臺(tái)或?qū)崢蛏闲腥藙?dòng)荷載的測(cè)量研究還不夠充分。若在這一范圍內(nèi)，應(yīng)根據(jù)不同行人稠密度等級(jí)確定動(dòng)力荷載的行人密度，稠密度等級(jí)最高為異常密度，如通車(chē)典禮等。如果在結(jié)構(gòu)中引入減振單元，如阻尼器、TMD等，則相應(yīng)元件的質(zhì)量、阻尼、剛度應(yīng)計(jì)入相應(yīng)的總體矩陣中。 將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來(lái)分片的表示求解域上待求的未知場(chǎng)函數(shù)，近似函數(shù)通常由未知場(chǎng)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值插值函數(shù)來(lái)表達(dá)。所以，側(cè)向步行頻率總是正?？熳卟筋l的一半，其他高階主要頻率有3Hz、6Hz等。從人行橋發(fā)展的方向來(lái)說(shuō)，人行橋共振現(xiàn)象是橋梁工程界的一個(gè)古老話(huà)題，歷史上曾因人行橋共振現(xiàn)象引發(fā)嚴(yán)重的橋梁安全事故，本論文前面所舉的實(shí)例也僅僅是整個(gè)冰山的一小角。（2）有限元模型模擬試驗(yàn)。 海厄特雷根西飯店的高架人行橋 北京市密云縣密虹公園橋2004年2月5日19時(shí)45分，正在北京市密云縣密虹公園舉辦的密云縣第二屆迎春燈展中，因一游人在公園橋上跌倒，引起身后游人擁擠，造成踩死、擠傷游人的特大惡性事故，造成37人死亡、15人受傷（）。索橋。但英國(guó)1820～1826年在梅奈海峽建造的跨度達(dá)177米的鍛鐵鏈桿柔式懸索橋（道路橋）,獨(dú)能在橋面隨壞隨修的情況下獲得長(zhǎng)壽（1940年，在保持原貌的條件下，已將鏈桿換成低合金鋼眼桿）鋼橋。伴隨著城市的大規(guī)模現(xiàn)代化進(jìn)程，我國(guó)人行橋建設(shè)發(fā)展迅速，因此了解、重視人行橋的振動(dòng)問(wèn)題，是一項(xiàng)十分緊迫的艱巨任務(wù)。行人快速通過(guò)激勵(lì)下人行橋振動(dòng)特性研究畢業(yè)論文目　　錄聲 明 1畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書(shū) 2摘　　要 4Abstract 5引　　言 11文獻(xiàn)綜述 2 2 2 3 4 6 82基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)與研究 10 10 11 12 12 133行人腳步動(dòng)荷載 15 1跳躍荷載分析 174人致振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 21 21 24 24 26 26 26 285人致振動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn) 30 30 33 33 34 36 36 37 39 39 41結(jié)　　論 43參 考 文 獻(xiàn) 44附 錄 45附錄A 外文原文 45附錄B 外文譯文 55附錄C 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)原始數(shù)據(jù) 64附錄D 模擬試驗(yàn)原始數(shù)據(jù) 73在 學(xué) 取 得 成 果 88致　　謝 89 2 引　　言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，城市建設(shè)也日新月異，各類(lèi)人行橋如雨后春筍般橫跨于城市各條道路上方，成為城市上空一道道美麗的彩虹。由于人行橋使用的特殊性尤其是城市人行橋，其振動(dòng)往往會(huì)讓許多行人感覺(jué)不安，甚至引起密集人群的恐慌，進(jìn)而導(dǎo)致各類(lèi)安全事件的發(fā)生。早期的柔式懸索橋自重小，材料強(qiáng)度低，經(jīng)不起周期性活荷載的作用（軍隊(duì)以整齊步伐過(guò)橋，曾使這種橋遭到破壞）；在風(fēng)荷載作用下，容易摧毀。如福建長(zhǎng)汀水東橋(南宋慶元時(shí)修建,即1195～1200年）、江蘇蘇州寶帶橋（始建于唐元和十一至十四年，即816～819年，在宋、明、清各代幾度重修，現(xiàn)橋53孔，）和浙江杭州拱宸橋（始建于明崇禎四年，即1631年，）等。橋的坍塌原因一是當(dāng)時(shí)橋上擠滿(mǎn)了人群，部分人們正在跳舞建筑學(xué)家認(rèn)為一個(gè)原因是跳舞的人們有節(jié)奏的振動(dòng)引發(fā)人行橋結(jié)構(gòu)斷裂，另一個(gè)原因就是橋面人員過(guò)多，負(fù)荷過(guò)重 。預(yù)期試驗(yàn)數(shù)據(jù)是來(lái)自研究單人、雙人同向、四人雙向奔跑和單人、雙人跳躍激勵(lì)下人行橋的振動(dòng)曲線(xiàn)以及行人的親身感受。在設(shè)計(jì)中，也應(yīng)考慮采取相應(yīng)的措施，盡量減少橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，消除這一可能引發(fā)事故的隱患。當(dāng)人右腳站立邁出左腳時(shí)，這個(gè)動(dòng)力荷載方向由右向左，反之則向右，左右腳各邁出一步后完成一個(gè)循環(huán)。應(yīng)用有限元可以大大提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全程度與美學(xué)要求。由于結(jié)構(gòu)的阻尼是一個(gè)至今不能事先測(cè)定的參數(shù)，因此通常假定阻尼矩陣為αM+βK的形式。按照這一方法，~、~。群體模型更難建立，目前是采用一些簡(jiǎn)化的方法由單人動(dòng)荷載模型擴(kuò)展而成。三角級(jí)數(shù)各項(xiàng)的系數(shù)來(lái)自于試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)平均值。而跑步則恰恰相反，每次踏步都要有一次騰空階段，就是雙足要同時(shí)離開(kāi)地面。肌肉收縮產(chǎn)生的張力控制膝關(guān)節(jié)角度的變化，使下肢從靜止的下蹲狀態(tài)突然伸展，帶動(dòng)軀體以初始加速度a0垂直向上運(yùn)動(dòng)，然后逐漸減小為負(fù)值。，直觀分析，該橋的跨度比較大，橋分為四跨，最長(zhǎng)一跨能超過(guò)20米，且梁的抗彎慣性矩不大，單人跳躍就可帶來(lái)很大振動(dòng)，認(rèn)為感受振動(dòng)為1~。： 傳感器通道布置上圖中，X、Y、Z表示測(cè)振方向，X表示沿橋下三環(huán)路方向，Y表示橋梁跨度方向，Z表示空間豎直方向。由“附錄C”中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)圖像可以得出以下數(shù)據(jù)：。（3）建立節(jié)點(diǎn)單元。 單人跑動(dòng)模擬荷載，： 單人跑動(dòng)周期時(shí)域坐標(biāo)T/sF/WT/sF/WT/sF/W 單人跑動(dòng)時(shí)程函數(shù)（2）其他跑動(dòng)工況模擬荷載假設(shè)條件：模擬行人體重均為70kg，每個(gè)人跑動(dòng)狀態(tài)均與單人跑一致。（3）不同工況時(shí)反力對(duì)比單人作用下反力比：F靜：F跑：F跳：=1::6；雙人作用下反力比：F靜：F跑：F跳：=1::。參 考 文 獻(xiàn)[1] 姚玲森主編．橋梁工程．北京：人民交通出版社，2003年9月. [2] 高品賢. 振動(dòng)、沖擊及噪聲測(cè)試技術(shù)[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社,2010. [3] 殷祥超. 振動(dòng)理論