人体姿态对人-结构耦合系统竖向动力特性影响试验研究

汪志昊， 寇 琛， 刘召朋， 李晓克

(华北水利水电大学 河南省生态建材工程国际联合实验室,郑州 450045)

近年来广泛采用的大跨度、轻质楼板结构体系，具有振动基频低、固有阻尼小等特征，人体与结构之间存在较为突出的竖向相互作用。人-结构间的竖向相互作用主要体现在人体位置[1-2]、人群密度[3]、人-结构的质量比[4-5]、人-结构的频率比[5]、人-结构的阻尼比[4]等参数对人-结构耦合系统动力特性有较大影响。各国学者考虑人-结构相互作用采用理论分析、模型试验及现场测试等手段对人行桥[6-9]与大跨度楼盖[10-13]人致振动以及振动舒适度问题开展了探索研究。

人-结构竖向相互作用研究涉及的人体处理方式有静态[6-7]、动态[14-16]，单人[4]、人群[3]之分，其中单个静态人体模型是人-结构竖向相互作用研究的最重要基础。人体作为一个复杂的动力系统，生物力学界[17-19]、以及工程界[20-21]相关研究均表明不同姿态人体动力特性具有显著的差异，其中人体静立姿态的自振频率、阻尼比略大于人体静坐姿态，大于人体下蹲姿态。人体不同姿态动力特性的显著差异，将引起人体姿态对人-结构耦合系统竖向动力特性影响程度的差异。国内外学者采用连续体模型[22-24]、单自由度等效模型[25]两种不同类型的实验模型，测试了人体不同姿态对结构动力特性的影响规律。然而不同研究者采用的结构模型不同，结构基频、人-结构质量比与人-结构频率比等必然也不同，导致了人体不同姿态对结构动力特性影响的差异。……