竖向-前后耦合振动研究

(广州大学-淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心,广州大学 广东 广州 510006)

人-结构系统在现实场景中主要看台为主，目前人-结构系统的研究主要集中以人对系统的竖向影响[1]，而看台的倒塌主要以水平方向为主[2]，故对看台水平振动研究至关重要，但目前这方面的研究上几乎空白。在人跳跃过程中，会是结构发生水平位移，而竖向荷载水平位移也是非常明显的[3]，因此，对人群荷载作用下的竖向-前后耦合振动的研究变得至关重要。

国内外研究竖向-前后耦合振动试验非常少，大多数还是以竖向振动试验为主。季天健[4]对单人自然站立于结构，对人-结构系统的振动性能进行测试；季天健[5]构建简易对称结构试验平台，通过数值模拟分析得到结构振型第一阶主要是水平方向；曹文斌[6]在进行水平振动试验中由于过大的结构刚度导致基本未产生水平振动，因此本文试验中将原本结构刚度适当进行调整。Ibrahim[7]在试验研究中在不同自然姿势下引进多元化参数。Sachse[8]通过试验提出竖向动力模型，在试验中进行设定人的质量值模型的1.25倍，站姿状态下阻尼比为30%，坐姿为50%，基频为5.5Hz。何卫[9]等分析不同参数对于人-结构竖向结构系统的影响。

竖向力施加于结构上，产生的竖向荷载频率与水平荷载频率都会对结构的水平振动产生很大的影响，本文构建9个刚度适中、拆卸方便、对称的钢制试验平台，来测试竖向力对人-结构系统水平振动的影响。

本文针对越来越被公众重视的看台安全问题，构建了竖向-前后耦合振动模型，研究了模型在竖向荷载作用下水平振动特性，得到以下主要结论：

(1)通过控制变量法设计试验，对比分析了差异化柱与梁尺寸对改变水平振动的影响的大小，得到梁尺寸的改变对水平振动影响很小，而柱高的变化将会使结构水平位移产生很大的变化。

(2)试验模型的水平位移会随着激振力的增大而增加。

(3)作用相同幅值的竖向荷载时，距离等效水平力越远将产生越大的水平位移，竖向荷载作用与跨中则基本不会产生水平位移。