大型体育场看台结构的人群荷载及其与结构相互作用机理研究

Research of Crowd load and Human-Structure interaction of large span stadium grandstand is conducted. The main contents including: (1) By comparing all kinds of human body models, the relationships between the continuous model and discrete body models are provided. A continuous model of a standing human body is first developed using the relationship of human body models.(2) Both experimental and theoretical studies is carried out. Methods are proposed to identify the parameters of the interaction model through both free vibration tests and forced vibration tests. (3) Build the crowd load model that can consider different human location and action. Examines the dynamic properties of model by simulation and parametric study, explores their mechanization. (4) Proposal a design method of large span stadium grandstand considering crowd load. Site test is conducted to verify the method. Based on this research, Crowd load and Human-Structure interaction of large span stadium grandstand will be known more clearly. It will improve the research level of this field in China.

针对大型体育场看台结构的人群荷载及其与结构相互作用展开研究。主要内容包括：（1）通过分类对比现有人体模型，建立各类模型之间内在关系，进而建立连续人体精细化模型，为人-结构相互作用模型的参数识别提供依据；（2）通过理论分析和模型实验对人-结构相互作用模型进行精细化研究，基于自由振动和受迫振动实验，提出人-结构相互作用模型以及其参数识别方法；（3）建立考虑人群空间分布及人群不同行为的荷载作用模型，对模型的动力特性进行详细数值模拟研究以及参数分析，更好地认识人-结构相互作用的机理；（4）提出考虑人群荷载作用的体育场看台结构设计方法，并通过现场实测对方法进行验证。通过本项目的研究，形成大型体育场看台结构的人群荷载及其与结构相互作用领域较完善的分析理论，提升我国在此领域的研究水平。

本项目以大型体育场看台结构为研究对象，解决了部分制约人-结构相互作用认知的关键理论和技术问题。通过数值模拟及实验手段建立更合理的连续人体精细化模型，得到人-结构相互作用模型的参数识别方法；基于考虑人群空间分布及人群不同行为的荷载作用模型研究，提出考虑人群荷载作用的体育场看台结构设计方法研究，具有创新意义及实用价值。通过本项目的开展，主要取得了以下研究成果：.1. 提出了六种精细化连续型人体模型，建立了模型质量与刚度分布的获取方法，可用于研究静止的人体对减小结构振动产生的影响，并应用于结构设计中。.2. 从频域的角度分别用理论和试验方法识别得到了人体模型参数合理取值，可用于指导人-结构相互作用机理分析。.3. 应用数值模拟方法对考虑人群空间分布及人群不同行为的荷载作用问题开展了研究，进行大量参数分析，得到看台结构人-结构相互作用的规律。.4. 基于改进的烦恼率模型提出振动舒适度设计方法并进行结构优化分析，给出了考虑人群荷载作用的大型体育场看台结构的设计方法。.项目成果在国内外学术期刊及学术会议上发表5篇论文，其中SCI收录3篇；培养博士研究生2名，硕士研究生2名。以上研究成果将为大型体育场看台结构的人群荷载及其与结构相互作用机理研究提供有力支持。