Simulatie van de mens veroorzaakte Trillingen Op basis van de kenmerk-veld Voetganger Behavior
Summary
Een protocol wordt voor de karakterisering van het in het veld voetgangersgedrag en de simulatie van het resulterende structurele respons. Field-tests blijkt dat het in situ geïdentificeerd stimulatiefrequentie en synchronisatie tarief onder de deelnemers een essentiële voorwaarde voor de simulatie en verificatie van de door de mens veroorzaakte belastingen opleveren.
Abstract
Voor slanke en lichtgewicht constructies, trillingen onderhoud is een kwestie van groeiende bezorgdheid, vaak vormen de kritische ontwerp eis. Met ontwerpen van de dynamische prestaties geregeld door de mens veroorzaakte belastingen, bestaat er een sterke vraag naar de controle en verfijning van de momenteel beschikbare belasting modellen. De huidige bijdrage maakt gebruik van een 3D-inertie motion tracking techniek voor de karakterisering van de in het veld het gedrag van voetgangers. De techniek wordt eerst getest in het laboratorium experimenten met gelijktijdige registratie van de desbetreffende grondreactiekrachten. De experimenten zijn onder andere wandelen personen met ritmische menselijke activiteiten zoals springen en dobberen. Er wordt aangetoond dat de geregistreerde beweging zorgt voor de identificatie van de tijd variant stimulatiefrequentie van de activiteit. Samen met het gewicht van de persoon en de toepassing van de algemene kracht modellen beschikbaar in de literatuur, de vastgestelde tijd-variant stimulatiefrequentie maakt het mogelijk om characterize de mens veroorzaakte belastingen. Bovendien, tijd synchronisatie tussen de draadloze motion trackers maakt het identificeren van de synchronisatie snelheid onder de deelnemers. Vervolgens wordt de techniek toegepast op een echte loopbrug waarbij zowel de beweging van de personen en de geïnduceerde structurele trillingen worden geregistreerd. Er wordt getoond hoe het kenmerk veld voetgangersgedrag kunnen worden toegepast op de geïnduceerde structurele respons te simuleren. Het is aangetoond dat de in situ geïdentificeerd stimulatiefrequentie en synchronisatie snelheid een essentiële voorwaarde voor de simulatie en verificatie van de door de mens veroorzaakte belastingen opleveren. De voornaamste mogelijke toepassingen van de voorgestelde werkwijze is de schatting van mens-structuur interactie verschijnselen en de ontwikkeling van geschikte modellen voor de correlatie tussen voetgangers in reële verkeersomstandigheden.
Introduction
Onder invloed van de economische vraag van de efficiëntie en de toenemende kracht van (nieuwe) materialen, architecten en ingenieurs zijn verlegging van de grenzen steeds meer op te bouwen, groter en lichtere constructies. Typisch, licht en slanke constructies hebben één of meer natuurlijke frequenties die binnen de dominante spectrum van menselijke activiteiten, zoals wandelen, hardlopen of springen liggen. Waarschijnlijk worden onderworpen aan (bijna-) resonantie excitatie, zijn ze vaak ten onrechte reageren op menselijke beweging, wat resulteert in storend of zelfs schadelijk 1 trillingen. Voor deze slanke en lichtgewicht constructies, de trilling onderhoud is een kwestie van groeiende bezorgdheid, vaak vormen de kritische ontwerp eis.
De menselijke beweging en de resulterende grondreactiekrachten (GRFs) worden meestal experimenteel geïdentificeerd in laboratoriumomstandigheden. Momenteel worden ontwerpers gedwongen te vertrouwen op – wat wordt verondersteld 'conservatief' te zijn – gelijk load modellen, opgeschaald van alleenstaanden krachtmetingen. Met ontwerpen beheerst door de dynamische prestaties onder hoge dichtheden menigte, bestaat er een sterke vraag naar de controle en verfijning van de momenteel beschikbare belasting modellen.
Het huidige protocol maakt gebruik van een 3D-inertie motion tracking techniek voor de karakterisering van de natuurlijke beweging van voetgangers. Er wordt getoond hoe deze informatie kan worden gebruikt om de correlatie tussen de voetgangers en de bijbehorende geïnduceerde ladingen definieert. In een volgende stap wordt het kenmerk voetgangersgedrag gebruikt numeriek simuleren van de geïnduceerde structurele respons. Vergelijking met de geregistreerde structurele respons laat het effect van unaccounted humaan-structuur interactie verschijnselen, zoals kwantificeren, de toegevoegde demping door de aanwezigheid van de voetgangers. De methode wordt geïllustreerd voor full-scale experimenten op een echte loopbrug waar de structurele respons en de beweging van de parnemers worden tegelijkertijd geregistreerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
De menselijke beweging en de resulterende GRFs worden meestal geïdentificeerd door de toepassing van geweld platen, geïnstrumenteerd loopbanden evenals optische motion capture technologie zoals Vicon 18 en CODA 19. De toepassing van deze technieken is echter beperkt tot de laboratoriumomgeving. In antwoord op dit bezwaar, wordt het potentieel van innovatieve technieken die de meting van 'natuurlijke' persoon gedrag mogelijk te maken gedurende vele herhaalde en ononderbroken cycli momentee…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De experimenten met lopen individuen worden uitgevoerd in samenwerking met de Beweging en houding Analysis Laboratory Leuven (MALL) 25. Hun samenwerking en ondersteuning is dankbaar erkend.
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). |
References
- 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)
