随着高强度材料的使用、施工水平和人们审美要求的提高,现代人行桥正朝着大跨度、细长的方向发展,其轻质、低频、低阻尼的特征使得人行桥在行人步行激励下的振动问题日益突出。本文结合理论分析、数值仿真和实验测试等方法,研究了行人步行载荷作用下动态行人-结构耦合系统的动力特性和振动响应特性。论文的主要工作和创新性研究成果简述如下:(1)提出了一种能够使行人以自然行走步态连续行走的步行力测试方法,可以同时获得步行力时程和步行力空间位置,克服了单测力板仅能获得一个单步载荷、走步机只能原地行走的缺陷。设计制作了一套人行通道测试系统,利用该系统对典型中国人的行走特征进行了测试。统计得到了行人步频、步长的正态分布。基于步行载荷傅里叶级数模型,拟合了动载因子关于步频的线性关系,统计得到相位角为均匀分布。对比国外学者对西方人的测试结果,所测步频平均值、步长平均值和一阶动载因子平均值均略小,表明中国人的步行特性与西方人存在一定差异,所得步频、步长和步行载荷动载因子等参数填补了现有资料中无中国人行走特征的数据空白。(2)利用动态行人的随机弹簧-质量-阻尼器(spring-mass-damper,SMD)模型,建立了动态行人(人群)-结构耦合作用模型,分析了动态行人作用下耦合基频和耦合阻尼比的时变特征。分析了人体运动形式、结构频率、结构单位长度质量、行人步速、行人数量、行人间距和行人SMD模型参数等对耦合基频和耦合阻尼比的影响。基于Monte-Carlo模拟法,分析了不同人群密度下随机人群过桥时,耦合基频和耦合阻尼比的随机特性。(3)提出了步行动载荷作用下行人(人群)SMD-结构耦合振动响应的计算方法,与单纯把行人视作步行力的方法作了全面对比。分析了行人步频、步长、行人SMD模型参数、结构单位长度质量、行人数量和行人间距等对两种方法计算结果差异的影响。分析了单人过桥的随机振动响应,以及不同人群密度下随机人群过桥的随机振动响应,基于单人过桥响应计算了人群动力效应放大因子。对比已有文献和设计规范取值,表明不考虑耦合作用和人群密度对行人步态参数的影响会高估最大加速度。(4)考虑行人体重、步频、步长、初始位置和初始相位等随机因素,建立了一种二维平面内的随机人群步行载荷模型,提出了一种应用ANSYS有限元程序加载随机人群步行载荷的人致振动分析方法。以北京市KY人行桥为研究对象,计算了多种人群工况下的振动响应。将随机人群步行载荷模型计算结果与行人SMD模型结果、现场实测结果以及等效行人数模型结果进行对比,验证了载荷模型和有限元模拟方法的可靠性。