人行桥人致横向振动的新型模型—IP-K模型

Abstract

目前关于人行桥人致横向振动机理仍不明确，在这个领域依旧存在争议和不足。有两种主要模型被用于解释人行桥人致大幅横向振动：同步锁定模型和倒摆模型。同步锁定模型认为桥上人群会受桥梁振动影响而逐渐调整步频和桥梁发生同步现象，导致桥梁发生大幅横向振动。而倒摆模型却认为人群调整步频产生的同步现象并不是桥梁大幅横向振动产生的前提条件，认为：即使行人不进行步频调整，其人-桥相互作用引起的自激力同样足够引起振动失稳。目前倒摆模型被认为更具普适性，但仍存在一个质疑：采用倒摆模型得到的行人正常步频下的速度同相自激力分量系数 \begin{document}${c_{\rm p}}$\end{document} 远小于实测值。产生这个问题的原因极有可能是倒摆模型忽视了实际中真实存在的同步效应。鉴于此，该研究提出了一种新型的人行桥人致横向振动模型：IP-K(inverted pendulum - Kuramoto)模型。其主要原理为：以倒摆模型为核心框架，同时将Kuramoto生物同步模型引入倒摆模型，使其能考虑人群和桥梁振动之间的同步效应，以此使倒摆模型更合理、更接近实际。所提模型被应用于千禧桥北跨，验证了其有效性；同时讨论了行人步频分布参数、行人数量、行人对桥梁振幅的敏感系数等一系列关键参数对 \begin{document}${c_{\rm p}}$\end{document} 的影响；并建立了一般线性非稳定/稳定的判定依据。该研究所提方法将为人行桥人致横向振动的机理的揭示提供有力的理论依据。