豎向-前后耦合振動研究

(廣州大學(xué)-淡江大學(xué)工程結(jié)構(gòu)災(zāi)害與控制聯(lián)合研究中心,廣州大學(xué) 廣東 廣州 510006)

人-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)場景中主要看臺為主，目前人-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究主要集中以人對系統(tǒng)的豎向影響[1]，而看臺的倒塌主要以水平方向?yàn)橹鱗2]，故對看臺水平振動研究至關(guān)重要，但目前這方面的研究上幾乎空白。在人跳躍過程中，會是結(jié)構(gòu)發(fā)生水平位移，而豎向荷載水平位移也是非常明顯的[3]，因此，對人群荷載作用下的豎向-前后耦合振動的研究變得至關(guān)重要。

國內(nèi)外研究豎向-前后耦合振動試驗(yàn)非常少，大多數(shù)還是以豎向振動試驗(yàn)為主。季天健[4]對單人自然站立于結(jié)構(gòu)，對人-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動性能進(jìn)行測試；季天健[5]構(gòu)建簡易對稱結(jié)構(gòu)試驗(yàn)平臺，通過數(shù)值模擬分析得到結(jié)構(gòu)振型第一階主要是水平方向；曹文斌[6]在進(jìn)行水平振動試驗(yàn)中由于過大的結(jié)構(gòu)剛度導(dǎo)致基本未產(chǎn)生水平振動，因此本文試驗(yàn)中將原本結(jié)構(gòu)剛度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。Ibrahim[7]在試驗(yàn)研究中在不同自然姿勢下引進(jìn)多元化參數(shù)。Sachse[8]通過試驗(yàn)提出豎向動力模型，在試驗(yàn)中進(jìn)行設(shè)定人的質(zhì)量值模型的1.25倍，站姿狀態(tài)下阻尼比為30%，坐姿為50%，基頻為5.5Hz。何衛(wèi)[9]等分析不同參數(shù)對于人-結(jié)構(gòu)豎向結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響。

豎向力施加于結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生的豎向荷載頻率與水平荷載頻率都會對結(jié)構(gòu)的水平振動產(chǎn)生很大的影響，本文構(gòu)建9個剛度適中、拆卸方便、對稱的鋼制試驗(yàn)平臺，來測試豎向力對人-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)水平振動的影響。

本文針對越來越被公眾重視的看臺安全問題，構(gòu)建了豎向-前后耦合振動模型，研究了模型在豎向荷載作用下水平振動特性，得到以下主要結(jié)論：

(1)通過控制變量法設(shè)計試驗(yàn)，對比分析了差異化柱與梁尺寸對改變水平振動的影響的大小，得到梁尺寸的改變對水平振動影響很小，而柱高的變化將會使結(jié)構(gòu)水平位移產(chǎn)生很大的變化。

(2)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃轿灰茣S著激振力的增大而增加。

(3)作用相同幅值的豎向荷載時，距離等效水平力越遠(yuǎn)將產(chǎn)生越大的水平位移，豎向荷載作用與跨中則基本不會產(chǎn)生水平位移。