基于行人生物動力學模型柔性樓梯的人致振動舒適度研究.pdf

1、近年來，隨著高強材料的大量應用和施工技術的不斷提高，使得設計師具有更大的想象余地和創(chuàng)造空間。因此，大跨度柔性樓梯日益增多。此類樓梯質(zhì)量更輕、跨度更大，固有頻率更小，更加接近人行走的步頻，容易引起樓梯結(jié)構的共振，產(chǎn)生較大的響應，輕則影響正常使用，重則引發(fā)安全事故，應該對樓梯的振動舒適度給予足夠的重視。
　　目前僅有的對樓梯人致振動研究方法多沿用對樓板橋梁等結(jié)構的研究方法。由于行人在樓板等這樣的平板結(jié)構上行走時的步頻、步長、膝蓋的彎曲

2、程度等步態(tài)特征與在樓梯這種空間結(jié)構上的差異較大。因此，在這兩種結(jié)構上的人行激勵也會有較大的差異；對于大跨度的柔性樓梯，行人在此類樓梯上行走時會與結(jié)構產(chǎn)生不可忽略的動力相互作用，目前對樓梯上人與結(jié)構動力相互作用還缺乏研究。因此，有必要對樓梯上的人行激勵和人與結(jié)構相互作用進行研究。
　　本文基于樓梯的人致振動及減振控制問題展開了以下幾方面的研究：
　?。?）樓梯上人行激勵的研究。針對行人在樓梯上的行走活動進行試驗測試，利用新型微

3、電子機械系統(tǒng)（MEMS）AH100B三軸加速度傳感器，采集大量行走時的加速度時程數(shù)據(jù)，結(jié)合 MATLAB數(shù)值分析軟件，對行人在三個方向的加速度時程進行數(shù)值統(tǒng)計分析，建立相應的傅里葉級數(shù)函數(shù)關系，確定人行激勵動力荷載因子、相位角與頻率等參數(shù)；
　?。?）樓梯上行人生物動力學模型的研究。針對樓梯上的行人建立一個包含m、c、k的單自由度人體生物動力學體系，將該體系等效為一個三元非線性方程組，通過試驗測試獲取方程組中的已知參數(shù)，求解后得到

4、 m、c、k，將此三個參數(shù)分別用行人的質(zhì)量和步頻進行二次曲面擬合，確定三個參數(shù)的計算公式；
　?。?）樓梯的振動分析。對某科技館大廳內(nèi)的梁柱式鋼樓梯進行ANSYS有限元建模，分別采用樓板上的激勵和國外對樓梯上的激勵進行加載模擬樓梯的動力響應，基于多種形式的舒適度評估方法對該樓梯的舒適度進行評價，提出加厚踏步板的措施來減小樓梯的振動。另外，對某360度螺旋鋼樓梯進行有限元建模，分析兩種人行激勵模型、兩種行人生物動力學模型下樓梯的動力