Simulación de vibraciones humanas inducida Basado en la calificó el comportamiento peatonal en el terreno

El objetivo general de este procedimiento es utilizar el movimiento de los peatones para caracterizar las cargas inducidas por el hombre y, posteriormente, verificar las vibraciones estructurales inducidas. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de las vibraciones inducidas por el hombre, como la caracterización del comportamiento individual al caminar, la identificación de la correlación entre los peatones en una multitud, así como la cuantificación de los fenómenos de interacción humano-estructura. La principal ventaja de esta técnica es que se puede aplicar in-situ y, por lo tanto, nos permite analizar las condiciones reales del tráfico.

Las observaciones sobre el terreno son la única forma de obtener información detallada y precisa sobre datos de carga representativos. Por lo tanto, son esenciales para el desarrollo y la validación posteriores de los modelos de carga utilizados para la excitación de peatones. Los demostradores del procedimiento serán Klaus Lievens, Xinxin Wei y Krumka Kasapova, tres estudiantes de doctorado de nuestro grupo de investigación, y Bram Gezels, asistente académico.

Utilice rastreadores de movimiento inalámbricos para registrar el movimiento de los peatones. Para configurar los sensores, utilice el software MT manager para establecer la conexión inalámbrica. Especifique la frecuencia de muestreo deseada, que debe ser de al menos 60 hercios para capturar el movimiento humano.

Luego, realice movimientos lentos con los rastreadores de movimiento hasta que estén conectados y luego continúe activando el modo de medición. A continuación, muestre los datos inerciales de todos los rastreadores de movimiento activos. Ahora, coloque un rastreador de movimiento lo más cerca posible del centro de masa de cada participante.

Sujete firmemente el rastreador de movimiento al participante para que quede ajustado y seguro. Ahora, los datos se pueden registrar según sea necesario. Al realizar mediciones en el laboratorio, el movimiento del sujeto humano se puede rastrear simultáneamente con las fuerzas de reacción del suelo medidas con una placa de fuerza.

En primer lugar, utilice el software adjunto para configurar la placa de fuerza y los ajustes de adquisición. Seleccione una ganancia y una frecuencia de muestreo de acuerdo con la precisión deseada y el tipo de carga involucrado. Para cargas inducidas por humanos, establezca la ganancia para una fuerza máxima de 4.879 newtons y establezca la frecuencia de muestreo en 200 hercios.

Siempre comience y finalice una medición con una placa de fuerza vacía. Utilice la función de tara o la corrección automática del desplazamiento para restablecer la fuerza cuando la placa está vacía. Una vez tarados, los datos se pueden registrar según sea necesario.

Para las mediciones realizadas en el sitio, las vibraciones estructurales se pueden medir en ubicaciones relevantes, como en la mitad del tramo de una pasarela. Para ello, utilice registradores de detección de desplazamiento, velocidad o aceleración. Configure los grabadores de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Después de colocar las grabadoras en las ubicaciones deseadas, niveléelas de acuerdo con un marco de referencia global. En el laboratorio, después de configurar los rastreadores de movimiento y la placa de fuerza, inicie el registro de datos. Luego, pida al participante que se suba a la placa de fuerza y se quede quieto durante al menos 30 segundos.

Por lo tanto, pesa al participante. A continuación, inicie un metrónomo para dictar la frecuencia de forzamiento fundamental. Luego, pida al participante que se mueva al ritmo de la señal del metrónomo, por ejemplo, caminando, saltando o balanceándose.

Registre esta actividad durante un número suficiente de ciclos, se recomiendan 60 ciclos. Cuando se completen los ciclos, pídale al participante que se baje del plato. Para los experimentos realizados in situ en una estructura civil de interés, configure los rastreadores de movimiento y una red de sensores que registrarán las vibraciones estructurales.

En un entorno al aire libre, se puede utilizar un megáfono para amplificar la señal del metrónomo. En el lugar, repita la prueba al menos tres veces, preferiblemente cuatro veces, para verificar la repetibilidad del experimento. En cualquier entorno en el que se utilicen varios sistemas de adquisición y no haya disponible un desencadenador o un canal común, sincronice los dispositivos mediante un único evento que cada sistema pueda registrar, como un impacto fuerte.

Agregue eventos de sincronización al principio y al final de cada prueba. A partir de estos eventos, los datos de los diferentes sistemas se pueden sincronizar sin conexión. Al realizar mediciones dinámicas con más de un tipo de sensor, la sincronización de los datos es esencial.

Por lo tanto, intentamos utilizar un único sistema de adquisición de datos o que los sistemas registren una señal común. Comience por identificar el tiempo entre los eventos nominalmente idénticos de los ciclos de carga. Para los experimentos de laboratorio de referencia, realice este paso tanto en los datos de movimiento del peatón como en los datos de la placa de fuerza.

Después de cargar los datos, especifique la frecuencia de muestreo y estime la frecuencia de carga promedio. Además, especifique la ventana de tiempo relevante si es necesario. El paso más crítico en este procedimiento radica en la identificación del inicio de cada ciclo de carga a partir del movimiento del peatón rastreado.

Es esta información de tiempo la que nos permite calcular la tasa de ritmo variable en el tiempo del peatón. Para el análisis de los experimentos en el laboratorio, excluya el primer y el último ciclo del análisis y trabaje con los 50 restantes. Asegúrese de comprobar visualmente la información de tiempo antes de guardar los datos.

Ahora, calcule la frecuencia de carga fundamental promedio como la inversa del tiempo promedio entre los ciclos de carga subsiguientes. Cuando hay varios peatones involucrados, la información de tiempo identificada se puede aplicar para analizar su correlación. Para el análisis de los experimentos in situ, el siguiente paso es utilizar la información de tiempo identificada para simular la respuesta estructural inducida.

En primer lugar, defina los parámetros modales de la estructura de prueba. Estos incluyen las frecuencias naturales, las relaciones de amortiguamiento modal y los desplazamientos modales normalizados en masa. Asegúrese de comprobar visualmente la información de entrada modal antes de continuar.

En segundo lugar, definir las características de los peatones y sus cargas inducidas. Estos incluyen el tipo de carga, el peso, la ruta o ubicación para caminar, la tasa de ritmo promedio y el tiempo de los ciclos de carga. Especifique los parámetros de la solución, como las ubicaciones de salida, así como los parámetros de tiempo.

A continuación, ejecute y guarde la respuesta estructural simulada para los participantes implicados. Al igual que antes, compruebe visualmente los resultados antes de continuar. En tercer lugar, calcular la respuesta estructural total mediante la superposición de las respuestas individuales sumando los vectores correspondientes.

A continuación, compare el resultado con la respuesta estructural medida con una representación gráfica de los datos. A partir de un solo peatón probado en el laboratorio, se identificó el inicio de cada ciclo de carga. Estos datos se utilizan para simular las fuerzas al caminar, que se muestran en azul, y se comparan con las fuerzas medidas, que se muestran en negro.

Se obtuvo una buena aproximación de las fuerzas reales de la marcha. Del mismo modo, se analizó el comportamiento al caminar de seis peatones en una pasarela. Una vez más, el inicio de cada ciclo de carga se identificó a partir del movimiento del peatón rastreado.

Esta información del ciclo de carga se utilizó para simular las fuerzas inducidas por los peatones. Después de unos 16 segundos, los peatones caminaban al paso, mientras que después de 50 segundos, se observó una pérdida significativa de sincronización. Al comparar el tiempo de los ciclos de carga entre los peatones, se encontró que la tasa de sincronización disminuyó al 60% después de unos 50 segundos.

A continuación, se simuló la respuesta estructural. Cuando se asumió que la velocidad de paso de los peatones era constante e idéntica a la señal del metrónomo, mostrada en gris, el resultado sobreestimó significativamente las mediciones, mostradas en negro. Cuando la simulación tuvo en cuenta la tasa de estimulación variable en el tiempo identificada, que se muestra en azul, estaba claramente más cerca de la respuesta medida.

Este procedimiento se puede aplicar para analizar el comportamiento natural al caminar de los peatones. De esta manera, se proporciona información esencial para el desarrollo de modelos adecuados para la correlación entre peatones. Además, la comparación entre la respuesta estructural medida y la simulada nos permite validar y calibrar los modelos de carga utilizados para la excitación de peatones.

De este modo, también se puede investigar el impacto de los fenómenos de interacción humano-estructura, como la amortiguación añadida.