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大型铁路客站站厅层人致振动特性的多维度解析与应对策略

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加快和国民经济的飞速发展，公共交通设施得到了广泛发展和完善，其中铁路客站作为重要的交通基础设施，承担着引导城市更新发展和助推社会经济转型升级的新使命。截至2022年底，中国已建成铁路客站1842座，其中高铁客站1189座。在建设交通强国战略背景下，我国铁路建设蓬勃发展，以“畅通融合、绿色温馨、经济艺术、智能便捷”为特点的“中国第四代铁路客站”正在显现。

在铁路客站的发展历程中，结构形式不断创新，站厅层作为旅客集散的核心区域，呈现出跨度更大、空间更开阔、结构更轻柔的特点。然而，这些变化也使得站厅层在人致振动作用下的响应问题日益凸显。当人流量不断增加时，乘客在站厅内的走动、跳跃、跑步等行为都可能引起结构的振动。例如，英国的千禧桥在开放日就因行人通过时摆动过大而被迫临时关闭，这一事件充分说明了人致振动对结构的影响不可忽视。

人致振动问题不仅关乎结构的安全性和可靠性，还直接影响旅客的体验。过大的振动可能导致结构出现疲劳损伤，缩短结构的使用寿命，严重时甚至会引发结构破坏，危及旅客的生命财产安全。振动会使旅客产生不舒适感，影响他们的出行心情和满意度。在追求高品质出行体验的今天，保障旅客在站厅内的舒适感受至关重要。因此，深入研究大型铁路客站站厅层人致振动特性具有重要的现实意义，能够为铁路客站的结构设计、运营管理提供科学依据，从而提升铁路客站的整体性能和服务质量。

1.2国内外研究现状

在国外，对人致振动的研究开展较早。早期主要集中在人行天桥等结构的振动问题上，通过现场实测和理论分析，对行人荷载模型、结构振动响应计算方法等进行了深入研究。随着计算机技术的发展，数值模拟方法逐渐成为研究人致振动的重要手段，有限元软件被广泛应用于结构动力分析中。例如，一些学者利用有限元软件建立了复杂的结构模型，考虑了结构与人群的动力相互作用，对人致振动响应进行了模拟分析。

国内对于大型铁路客站站厅层人致振动特性的研究起步相对较晚，但近年来发展迅速。众多学者针对铁路客站大跨度楼盖、连廊等结构在人致振动作用下的响应进行了研究。通过现场振动试验，获取了结构在不同人群活动工况下的振动数据，分析了人群姿态、人数、密度等参数对结构振动的影响规律。在理论研究方面，结合我国实际情况，对行人荷载模型进行了改进和完善，提出了适合我国铁路客站结构的人致振动分析方法和舒适度评价指标。

然而，当前研究仍存在一些不足之处。一方面，在行人荷载模型的建立上，虽然已经取得了一定成果，但实际情况中人群活动的复杂性使得现有模型仍难以完全准确地描述行人荷载的特性，导致振动响应计算结果存在一定误差。另一方面，对于结构与人的动力耦合作用机理的研究还不够深入，尤其是在考虑多因素耦合影响时，现有的理论和方法还无法全面、准确地解释和预测人致振动现象。此外，不同研究中所采用的振动舒适度评价标准存在差异，缺乏统一的、被广泛认可的评价体系，这给实际工程应用带来了一定困难。

1.3研究内容与方法

本研究旨在全面深入地探究大型铁路客站站厅层人致振动特性，具体研究内容如下：

人致振动产生原因分析：详细分析乘客在站厅内的各种活动行为，如正常行走、跑步、跳跃等，研究这些行为如何转化为对站厅结构的激励荷载，明确不同活动行为产生的振动荷载的特点和规律。

结构动力特性分析方法研究：对比研究多种模态参数识别方法，如FDD（频域分解法）、MACE（多参考点最小二乘复指数法）、PEM（随机子空间法）等，根据铁路客站站厅层结构的特点和实际测量数据的特性，选择最适合的识别方法，准确获取结构的自振频率、振型和阻尼比等动力特性参数。

人致振动响应模拟分析：建立考虑结构与人相互作用的动力耦合模型，利用有限元软件对不同人流量、人群分布以及人群活动状态下站厅层结构的振动响应进行模拟分析，得到结构的振动位移、速度和加速度等响应数据，研究这些响应随不同因素的变化规律。

振动舒适度评价：综合考虑国内外相关标准和研究成果，结合铁路客站的实际使用情况和旅客的主观感受，建立适合大型铁路客站站厅层的振动舒适度评价体系，依据模拟分析结果和实测数据，对站厅层结构在人致振动作用下的舒适度进行评价。

在研究方法上，将采用以下多种方法相结合：

文献研究法：广泛查阅国内外相关文献，梳理人致振动领域的研究现状和发展趋势，了解现有研究成果和存在的问题，为本研究提供理论基础和研究思路。

现场测试法：选择典型的大型铁路客站站厅层进行现场振动测试，布置传感器采集结构在实际人群活动作用下的振动数据，获取真实的人致振动响应信息，用于验证理论分析和数值模拟的结果。

数值模拟法：运用ANSYS、ABAQUS等有限元软件建立大型铁路客站站厅层的结构模型，模拟不同工况