密集人群与大跨结构的动力相互作用研究

密集人群作用引起的大跨结构振动会影响结构正常使用，严重时会危及行人及结构安全。本项目拟从人-人动力相互作用和人-结构动力相互作用组成的耦合动力相互作用系统出发，结合理论研究、试验分析和计算机模拟，研究人群和结构的动力相互作用问题。采用社会力模型建立人-人动力相互作用模型模拟人群在振动环境下的运动规律，结合振动台试验、射频扫描技术和无线传感技术测定单人和人群运动规律及其对结构的作用力，在此基础上结合结构振动方程建立人群和结构动力相互作用模型，并利用此模型研究正常及紧急条件下单向、双向人群运动规律、人群同步作用规律、结构振动响应及发生振动锁定的条件等重要问题，从而为密集人群作用下大跨、柔性结构的动力设计提供设计方法和基础设计数据。本项目的研究对于人群的安全疏散管理、人群作用下结构设计与振动控制均具有重要的理论指导意义和工程应用价值。

密集人群作用引起的大跨结构振动会影响结构正常使用，严重时会危及行人及结构安全。本项目从人-人动力相互作用和人-结构动力相互作用角度出发，结合社会力模型、元胞自动机模型、人体生物力学模型、结构振动理论和相关振动测试技术，系统研究了密集人群下步行荷载的确定和人群-结构的动力相互作用机制问题。研究获得了如下成果：(1)人群行进速度、步行力的频率和相位的概率分布参数与人群密度特征值之间的关系，建立了不同人群密度下的人群荷载模式；(2)获得了行进速度与步行力幅频特性的关系，证实了生物力学双足模型的有效性，给出了一种通过观测胸、腹部的加速度间接测定步行力的方法；(3) 给出了人-结构侧向动力相互作用的理论模型、侧向动力失稳临界人数和侧向动力放大系数的计算方法，并得到规范采纳；(4)获得了人-结构竖向动力相互作用理论分析模型和简化计算方法。本项目的研究揭示了人群与结构动力相互作用的机制，本项目的研究对于人群的安全疏散管理、人群作用下结构设计与振动控制均具有重要的理论指导意义和工程应用价值。