[发明专利]一种基于随机人群行走模型下的结构振动响应分析方法

说明书

本发明提供了一种基于随机人群行走模型下的结构振动响应分析方法，包括：(1)根据所要分析的结构参数，生成不同行人流密度下的随机人群数量，统计出不同人流密度的步频值；(2)判断步频是否符合正态分布，若否，则返回(1)；若是，则计算随机人群的单个行人的步长和步速，计算单个行人每一步行走的时间和单个行人走完全程的时间；(3)利用行人进入结构时间的差异来控制人群拥挤程度，计算单个行人在不同时刻的空间位移函数和所有行人走完全程的时间；(4)建立随机人群与结构竖向耦合动力方程；(5)求解方程，判断是否所有人走出结构，如否，返回(3)，若是，则输出结果；本发明能够实现变步频、变步长和变步速的加载模拟分析。

技术领域

本发明涉及振动领域，尤其涉及一种基于随机人群行走模型下的结构振动响应分析方法。

背景技术

人致荷载下结构的振动响应一直是舒适度问题研究的重要内容，结构上有行人留驻或者运动时，结构的阻尼比和步频会发生变化，主要由于人体刚度和阻尼的作用，人体的行走或者留驻会对结构的动力特性(阻尼比、频率等)产生影响，因为行人会对结构产生作用力，同时由于人体的刚度特性和阻尼特性使得人会与结构产生相互作用，所以传统研究中将人致荷载简化为步行力直接作用到结构上并不科学，因此，人致振动问题需考虑人-结构竖向相互作用。

目前，人致荷载的研究，考虑人-结构竖向相互作用主要针对于单人步行荷载。人-结构竖向相互作用研究的难点在于如何体现时变结构模态特性，并应用到耦合系统的微分方程组中。合适的人体简化模型有利于人致振动问题的分析与建模，同时计算效率更高。为准确预测大跨结构在行人荷载作用下的振动响应，需要考虑行走人群的随机性问题，即考虑行人个体间差异性和个体内随机性，然而，目前现有技术中的结构振动响应分析方法并未考虑行走人群的随机性问题，使得分析结果不够精确。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于随机人群行走模型下的结构振动响应分析方法，能够实现变步频、变步长和变步速的加载模拟分析。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于随机人群行走模型下的结构振动响应分析方法，包括：

步骤一：根据所要分析的结构参数，生成不同行人流密度下的随机人群数量，所述随机人群中的不同行人的体重不一致，单个行人每走一步的步长和步速都不一致，统计出不同人流密度的步频值；

步骤二：根据步骤一中统计的步频值，判断步频是否符合正态分布，若否，则返回步骤一；若是，则计算随机人群的单个行人的步长和步速，根据步长和步速计算单个行人每一步行走所需要的时间和单个行人走完全程所要的时间；

步骤三：利用行人进入结构时间的差异来控制人群拥挤程度；然后，计算单个行人在不同时刻的空间位移函数和所有行人走完全程的时间，实现结构上人群数量更新；

步骤四：建立随机人群与结构竖向耦合动力方程；

步骤五：求解随机人群与结构竖向耦合动力方程，判断是否所有人走出结构，如否，则返回步骤三，若是，则输出结果。

优选地，所述结构参数包括结构的跨度、宽度、抗弯刚度、频率f_s、结构阻尼比ξ_s。

优选地，所述步骤二中计算单个行人每一步行走所需要的时间的计算公式如下：

为考虑个体内随机性时第j个人第k步的步频。

单个行人走完全程所需时间的计算公式如下：