[发明专利]一种人行单步荷载模型构建方法

说明书

一种人行单步荷载模型构建方法，属于工程技术领域。解决了如何精确模拟人行天桥结构人致振动研究的荷载输入问题。本发明首先构建人行单步荷载数据库，对数据库中的取值相同的步行频率f_s所对应人的步行数据划分为一组，根据每组数据中的步行频率f_s和人行单步荷载，对应获得一条人行单步荷载时程曲线，共获得M条人行单步荷载时程曲线；再采用切比雪夫标准正交分解的方法对M条人行单步荷载时程曲线进行荷载识别，根据荷载识别结果与单步荷载时长T_c和体重G的关系，从而获得人行单步荷载模型F(t)。本发明主要用于对人行单步荷载的模拟研究。

技术领域

本发明涉及一种人行单步荷载模型构建方法，属于工程技术领域。

背景技术

随着城镇化进程的快速推进，城市车流量与人流量的双重增加，使得城市交通压力与日俱增，人行天桥可以有效缓解城市道路通行压力，减少人、车交叉，因此，人行天桥结构在城市中的应用越来越多。随着人行天桥的造型轻盈化、跨度的增加以及轻质材料的应用，使得人行天桥结构自身的振动频率和阻尼越来越低，人致荷载激励引发的天桥结构振动问题屡见不鲜。人行荷载是人致荷载的一种，是指人在快走、慢走过程中对支撑结构所产生的作用力。人行荷载属于动力荷载，当行人数量较多且步行频率比较一致时，极可能导致天桥结构产生较大的动力反应，2000年建成的伦敦千禧桥的大幅度摇摆，则是人行荷载所致的天桥结构共振的典型案例。

尽管人行天桥的振动问题得到学者和工程师的关注，目前国内规范采用自振频率限制人行桥，舒适度控制指标过于单一，且在设计阶段仍以静力加载为主，完全忽略了人行荷载的动力特性、体重及人群荷载的随机性，因此，有必要开展人行荷载的相关研究，而人行单步荷载研究为人群荷载的研究奠定基础，而如何精确模拟人行天桥结构人致振动研究的荷载输入问题，从而减少人行荷载对天桥结构振动的影响，亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决如何精确模拟人行天桥结构人致振动研究的荷载输入问题，本发明提供了一种人行单步荷载模型构建方法，所构建的人行单步荷载模型综合了人行荷载的动力特性、体重及人行单步荷载的随机性模拟过程，为人行天桥的人致振动研究提供人行荷载的模拟方法。

一种人行单步荷载模型构建方法，该方法包括如下步骤：

S1、按预设的采样时间t对N个人的步行数据进行采样，利用采样结果构建数据库；其中，数据库中通过采样获得的每个人的步行数据包括步行频率f_s、人行单步荷载、单步荷载时长T_c和体重G；

S2、将步行频率f_s取值相同的人的步行数据划分为一组，共形成M组数据，对每组数据中的步行频率f_s和人行单步荷载进行拟合，获得每组数据所对应的一条单步荷载时程曲线，M组数据共获得M条人行单步荷载时程曲线；

S3、采用切比雪夫标准正交分解的方法对M条人行单步荷载时程曲线进行荷载识别，并对荷载识别结果与单步荷载时长T_c和体重G进行处理，从而获得人行单步荷载模型F(t)。

优选的是，步骤S3中、采用切比雪夫标准正交分解的方法对M条人行单步荷载时程曲线进行荷载识别，并对荷载识别结果与单步荷载时长T_c和体重G进行处理，从而获得人行单步荷载模型F(t)的实现方式包括：

S31、控制荷载识别误差小于或等于5％，从而确定切比雪夫标准正交分解阶数为9；再采用切比雪夫标准正交分解的方法对M条人行单步荷载时程曲线进行识别，获得切比雪夫标准正交基系数W_i，其中，i为分解阶数，i＝1，2,3...9；

S32、利用最小二乘法拟合步行频率f_s与步骤S31中获得的切比雪夫标准正交基系数W_i之间的关系，获得拟合后的步行频率f_s与切比雪夫标准正交基系数W_i之间的关系；