Simulación de vibraciones humanas inducida Basado en la calificó el comportamiento peatonal en el terreno
Summary
Un protocolo se presenta para la caracterización del comportamiento de peatones de campo y la simulación de la respuesta estructural resultante. La validación de campo demuestran que la in situ identificado la frecuencia de estimulación y la frecuencia de sincronización entre los participantes constituyen un insumo esencial para la simulación y verificación de las cargas inducidas por el hombre.
Abstract
Para esbelta y estructuras ligeras, capacidad de servicio de la vibración es una cuestión de preocupación cada vez mayor, a menudo constituyen el requisito de diseño crítico. Con diseños según la evolución dinámica bajo las cargas inducidas por el hombre, existe una fuerte demanda para la verificación y el perfeccionamiento de los modelos de carga disponibles en la actualidad. La presente aportación utiliza una técnica de rastreo de movimiento inercial 3D para la caracterización del comportamiento de peatones en el campo. La técnica se probó por primera vez en experimentos de laboratorio con el registro simultáneo de las fuerzas de reacción del suelo correspondientes. Los experimentos incluyen a las personas que caminan, así como las actividades humanas rítmicos tales como saltar y meneo. Se muestra que el movimiento registrado permite la identificación del tipo de variante de la regulación del tiempo de la actividad. Junto con el peso de la persona y la aplicación de modelos fuerza generalizada disponibles en la literatura, la frecuencia de estimulación identificado variante en el tiempo permite a characterize las cargas inducidas por el hombre. Además, la sincronización de tiempo entre los rastreadores de movimiento inalámbricos permite identificar el tipo de sincronización entre los participantes. Posteriormente, la técnica se utiliza en una pasarela real, donde se registran tanto el movimiento de las personas y de las vibraciones estructurales inducidos. Se muestra cómo el comportamiento de peatones en campo caracterizado se puede aplicar para simular la respuesta estructural inducido. Se demuestra que la in situ identificado la frecuencia de estimulación y la frecuencia de sincronización constituyen un insumo esencial para la simulación y verificación de las cargas inducidas por el hombre. Las principales aplicaciones potenciales de la metodología propuesta son la estimación de la estructura humana fenómenos de interacción y el desarrollo de modelos adecuados para la correlación entre los peatones en condiciones reales de tráfico.
Introduction
Impulsada por la demanda económica de la eficiencia y la creciente fuerza de (nuevas) Materiales, arquitectos e ingenieros están empujando los límites para construir estructuras cada vez más largo, más alto y más ligeros. Por lo general, estructuras ligeras y delgadas tienen una o más frecuencias naturales que se encuentran dentro del espectro dominante de las actividades humanas comunes, tales como caminar, correr o saltar. Es probable que sea objeto de (cercano) de excitación resonante, que a menudo son excesivamente sensibles al movimiento humano, dando lugar a vibraciones perturbadoras o incluso perjudiciales 1. Por estas estructuras delgadas y ligeras, la capacidad de servicio de la vibración es una cuestión de preocupación cada vez mayor, a menudo constituyen el requisito de diseño crítico.
El movimiento humano y las fuerzas de reacción del suelo resultantes (GRFS) generalmente se identifican de forma experimental en condiciones de laboratorio. En la actualidad, los diseñadores están obligados a confiar en – lo que se supone que es "conservador" – l equivalenteoad modelos escalados a partir de mediciones de fuerza de una sola persona. Con diseños según la evolución dinámica bajo altas densidades de multitudes, existe una fuerte demanda para la verificación y el perfeccionamiento de los modelos de carga disponibles en la actualidad.
El presente protocolo emplea una técnica de seguimiento de movimiento inercial 3D para la caracterización del movimiento natural de los peatones. Se muestra cómo esta información puede ser utilizada para definir la correlación entre los peatones así como las cargas inducidas correspondientes. En una etapa posterior, el comportamiento de peatones caracterizado se utiliza para simular numéricamente la respuesta estructural inducido. La comparación con la respuesta estructural registrado que permite cuantificar el efecto de los fenómenos de interacción de estructura humana no contabilizados, por ejemplo, la atenuación agregada debido a la presencia de los peatones. La metodología se ilustra para los experimentos a gran escala en una pasarela real, donde la respuesta estructural y el movimiento del parpartici- se registran simultáneamente.
Protocol
Representative Results
Discussion
El movimiento humano y GRFs resultantes se identifican generalmente por la aplicación de placas de fuerza, cintas de correr, así como la tecnología de captura de movimiento óptico tal como Vicon 18 y 19 CODA instrumentados. La aplicación de estas técnicas es, sin embargo, restringida al entorno de laboratorio. En respuesta a este inconveniente, el potencial de técnicas innovadoras que permiten la medición del comportamiento "natural" persona durante muchos ciclos repetidos e inint…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los experimentos con personas que caminan se llevan a cabo en cooperación con el movimiento y la postura Análisis de laboratorio Lovaina (centro comercial) 25. Su cooperación y apoyo se agradece.
Materials
| MTw Development Kit + MT Manager Software | Xsens | MTW-38A70G20-1 | Development kit with wireless, highly accurate, small and lightweight 3D human motion trackers and accompanying click-in full body straps. |
| True Impulse Kinetic Measurement System + NDI Open Capture Data Acquisition and Visualization System | NDI Northern Digital Inc. | 791028 | TrueImpulse measures reaction forces exerted by humans during a wide variety of activities. |
| GMS-24 | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | (Wireless) accelerometers to register the structural vibrations. |
| GeoDAS GeoSIG Data Acquisition System | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | Graphical MS Windows application running under Windows 9x/NT/2000, providing a software interface between users and GeoSIG recorders GSR/GCR/GBV/GT. |
| PediVib toolbox | KU Leuven | / | Software interface/toolbox to simulate the structural vibrations induced by pedestrians. |
| Metronome | / | / | A device to indicate the targetted pacing rate of the activity (free applications are available online for pc/laptop/smartphone). |
Referenzen
- Bachmann, H., Ammann, W. . Bachmann vibrations in structures : induced by man and machines. , (1987).
- . MTw User Manual Available from: https://www.xsens.com/download/usermanual/MTw_usermanual.pdf (2013)
- Van Nimmen, K., Lombaert, G., Jonkers, I., De Roeck, G., Vanden Broeck, P. Characterisation of walking loads by 3D inertial motion tracking. J. Sound Vib. 333 (20), 1-15 (2013).
- Northern Digital Inc. . TrueImpulse Kinetic Measurement System User Guide. , (2013).
- Racic, V., Pavic, A. Mathematical model to generate near-periodic human jumping force signals. Mech. Syst. Signal Process. 24 (1), 138-152 (2010).
- The MathWorks Inc. . MATLAB and Signal Processing Toolbox Release. , (2014).
- Van Nimmen, K., Van den Broeck, P. . PediVib 1.0 – A MATLAB toolbox for the simulation of human-induced vibrations. , (2015).
- Li, Q., Fan, J., Nie, J., Li, Q., Chen, Y. Crowd-induced random vibration of footbridge and vibration control using multiple tuned mass dampers. J. Sound Vib. 329 (19), 4068-4092 (2010).
- Van Nimmen, K. . Numerical and experimental study of human-induced vibrations of footbridges [dissertation]. , (2015).
- Middleton, C. . Dynamic performance of high frequency floors [dissertation]. , (2009).
- Ingòlfsson, E. T., Georgakis, C. T., Ricciardelli, F., Jönsson, J. Experimental identification of pedestrian-induced lateral forces on footbridges. J. Sound Vib. 330 (6), 1265-1284 (2011).
- Racic, V., Brownjohn, J. M. W. Mathematical modelling of random narrow band lateral excitation of footbridges due to pedestrians walking. Comput. Struct. 90-91 (1), 116-130 (2012).
- Reynders, E., Roeck, G. De Reference-based combined deterministic-stochastic subspace identification for experimental and operational modal analysis. Mech. Syst. Signal Process. 22 (3), 617-637 (2008).
- Bocian, M., Macdonald, J. H. G., Burn, J. F. Biomechanically inspired modeling of pedestrian-induced vertical self-excited forces. J. Bridg. Eng. 18 (12), 1336-1346 (2013).
- Živanović, S., Pavić, A., Ingòlfsson, E. T. Modeling spatially unrestricted pedestrian traffic on footbridges. Journal of Structural Engineering. 136 (10), 1296-1308 (2010).
- Agu, E., Kasperski, M. Influence of the random dynamic parameters of the human body on the dynamic characteristics of the coupled system of structurecrowd. J. Sound Vib. 330 (3), 431-444 (2011).
- . . Vicon Motion Systems Product Manuals. , (2012).
- . . CODAmotion Technical data sheet. , (2012).
- Meichtry, A., Romkes, J., Gobelet, C., Brunner, R., Müller, R. Criterion validity of 3D trunk accelerations to assess external work and power in able-bodied gait. Gait Posture. 25 (1), 25-32 (2007).
- Jung, Y., Jung, M., Lee, K., Koo, S. Ground reaction force estimation using an insole-type pressure mat and joint kinematics during walking. J. Biomech. 47 (11), 2693-2699 (2014).
- Liedtke, C., Fokkenrood, S. A., Menger, J. T., van der Kooij, H., Veltink, P. H. Evaluation of instrumented shoes for ambulatory assessment of ground reaction forces. Gait Posture. 26 (1), 39-47 (2007).
- Boutaayamou, M., Schwartz, C., et al. Validated extraction of gait events from 3D accelerometer recordings. , 6-9 (2012).
- Kavanagh, J. J., Menz, H. B. Accelerometry: A technique for quantifying movement patterns during walking. Gait Posture. 28 (1), 1-15 (2008).
- . MALL: Movement and posture Analysis Laboratory Leuven (Interdepartemental research laboratory at the Faculty of Kinisiology and Rehabilitation Sciences) Available from: https://faber.kuleuven.be/MALL/mall.php (2015)
