Simulazione di vibrazioni indotte dall'uomo Sulla base della caratterizzato campo pedonale Comportamento

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di utilizzare il movimento tracciato dei pedoni per caratterizzare i carichi indotti dall'uomo e, successivamente, per verificare le vibrazioni strutturali indotte. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle vibrazioni indotte dall'uomo, come la caratterizzazione del comportamento individuale di camminata, l'identificazione della correlazione tra i pedoni in una folla, nonché la quantificazione dei fenomeni di interazione uomo-struttura. Il vantaggio principale di questa tecnica è che può essere applicata in situ e quindi ci permette di analizzare le condizioni reali del traffico.

Le osservazioni sul campo sono l'unico modo per ottenere informazioni dettagliate e accurate sui dati di carico rappresentativi. Pertanto, sono essenziali per l'ulteriore sviluppo e la convalida dei modelli di carico utilizzati per l'eccitazione pedonale. A dimostrare la procedura saranno Klaus Lievens, Xinxin Wei e Krumka Kasapova, tre studenti di dottorato del nostro gruppo di ricerca, e Bram Gezels, un assistente accademico.

Usa i rilevatori di movimento wireless per registrare il movimento dei pedoni. Per configurare i sensori, utilizzare il software MT manager per stabilire la connessione wireless. Specificare la frequenza di campionamento desiderata, che deve essere di almeno 60 hertz per catturare il movimento umano.

Quindi, fai movimenti lenti con i rilevatori di movimento finché non sono collegati, quindi continua attivando la modalità di misurazione. Quindi, visualizza i dati inerziali di tutti i motion tracker attivi. Ora, attacca un rilevatore di movimento il più vicino possibile al baricentro di ciascun partecipante.

Fissa saldamente il rilevatore di movimento sul partecipante in modo che sia aderente e sicuro. Ora i dati possono essere registrati in base alle esigenze. Quando si effettuano misurazioni in laboratorio, il movimento del soggetto umano può essere tracciato contemporaneamente alle forze di reazione al suolo misurate con una piastra di forza.

Innanzitutto, utilizzare il software in dotazione per configurare la pedana di forza e le impostazioni di acquisizione. Selezionare un guadagno e una frequenza di campionamento in base alla precisione desiderata e al tipo di caricamento coinvolto. Per i carichi indotti dall'uomo, impostare il guadagno per una forza massima di 4.879 newton e impostare la frequenza di campionamento a 200 hertz.

Iniziare e terminare sempre una misurazione con una pedana di forza vuota. Utilizzare la funzione di tara o la correzione automatica dell'offset per azzerare la forza quando la piastra è vuota. Una volta tarati, i dati possono essere registrati secondo necessità.

Per le misurazioni eseguite in loco, le vibrazioni strutturali possono essere misurate in punti pertinenti, ad esempio a metà campata di una passerella. A tale scopo, utilizzare registratori di rilevamento dello spostamento, della velocità o dell'accelerazione. Configurare i registratori secondo le istruzioni del produttore.

Dopo aver posizionato i registratori nelle posizioni desiderate, livellarli in base a un piano di riferimento globale. In laboratorio, dopo aver impostato i motion tracker e la pedana di forza, avviare la registrazione dei dati. Quindi, chiedi al partecipante di salire sulla pedana di forza e di rimanere fermo per almeno 30 secondi.

Quindi, pesare il partecipante. Quindi, avvia un metronomo per dettare la frequenza di forzatura fondamentale. Quindi, chiedi al partecipante di muoversi al ritmo del segnale del metronomo, ad esempio camminando, saltando o ondeggiando.

Registrare questa attività per un numero sufficiente di cicli, si consigliano 60 cicli. Al termine dei cicli, chiedi al partecipante di scendere dal piatto. Per gli esperimenti condotti in loco su una struttura civile di interesse, è possibile allestire i motion tracker e una rete di sensori che registreranno le vibrazioni strutturali.

In un ambiente esterno, un megafono può essere utilizzato per amplificare il segnale del metronomo. Sul posto, ripetere il test almeno tre volte, preferibilmente quattro volte, per verificare la ripetibilità dell'esperimento. In qualsiasi ambiente in cui vengono utilizzati più sistemi di acquisizione e non è disponibile alcun trigger o canale comune, sincronizzare i dispositivi utilizzando un singolo evento che ciascun sistema può registrare, ad esempio un forte impatto.

Aggiungere eventi di sincronizzazione all'inizio e alla fine di ogni test. Sulla base di questi eventi, i dati dei diversi sistemi possono essere sincronizzati offline. Quando si eseguono misure dinamiche con più di un tipo di sensore, la sincronizzazione dei dati è essenziale.

Pertanto, cerchiamo di utilizzare un unico sistema di acquisizione dati o di registrare un segnale comune. Iniziare identificando il tempo tra gli eventi nominalmente identici dei cicli di carico. Per gli esperimenti di laboratorio di riferimento, eseguire questo passaggio sia sui dati di movimento dei pedoni che sui dati della pedana di forza.

Dopo aver caricato i dati, specificare la frequenza di campionamento e stimare la frequenza media di caricamento. Inoltre, se necessario, specificare l'intervallo di tempo pertinente. La fase più critica di questa procedura consiste nell'identificazione dell'inizio di ogni ciclo di carico dal movimento pedonale tracciato.

Sono queste informazioni temporali che ci consentono di calcolare la velocità di stimolazione variabile nel tempo del pedone. Per l'analisi degli esperimenti in laboratorio, escludere il primo e l'ultimo ciclo dall'analisi e lavorare con i restanti 50. Assicurarsi di controllare visivamente le informazioni sui tempi prima di salvare i dati.

A questo punto, calcolare la frequenza di caricamento fondamentale media come l'inverso del tempo medio tra i cicli di carico successivi. Quando sono coinvolti più pedoni, le informazioni temporali identificate possono essere applicate per analizzarne la correlazione. Per l'analisi degli esperimenti in loco, il passo successivo consiste nell'utilizzare le informazioni temporali identificate per simulare la risposta strutturale indotta.

Innanzitutto, definisci i parametri modali della struttura di test. Questi includono le frequenze naturali, i rapporti di smorzamento modale e gli spostamenti modali normalizzati in massa. Assicurati di controllare visivamente le informazioni di input modale prima di procedere.

In secondo luogo, definire le caratteristiche dei pedoni e i loro carichi indotti. Questi includono il tipo di carico, il peso, il percorso di camminata o la posizione, la velocità media di stimolazione e la tempistica dei cicli di carico. Specificare i parametri della soluzione, ad esempio le posizioni di output e i parametri temporali.

Quindi, eseguire e salvare la risposta strutturale simulata per i partecipanti coinvolti. Come in precedenza, controllare visivamente i risultati prima di procedere. In terzo luogo, calcolare la risposta strutturale totale attraverso la sovrapposizione delle risposte individuali sommando i vettori corrispondenti.

Quindi, confrontare il risultato con la risposta strutturale misurata con una rappresentazione grafica dei dati. Da un singolo pedone testato in laboratorio, è stata identificata l'insorgenza di ogni ciclo di carico. Questi dati vengono utilizzati per simulare le forze di camminamento, mostrate in blu, e confrontarle con le forze misurate, mostrate in nero.

È stata ottenuta una buona approssimazione delle forze di marcia reali. Allo stesso modo, è stato analizzato il comportamento di camminata di sei pedoni su una passerella. Anche in questo caso, l'inizio di ogni ciclo di carico è stato identificato dal movimento pedonale tracciato.

Queste informazioni sul ciclo di carico sono state quindi utilizzate per simulare le forze indotte dai pedoni. Dopo circa 16 secondi, i pedoni camminavano al passo, mentre dopo 50 secondi è stata osservata una significativa perdita di sincronizzazione. Confrontando la temporizzazione dei cicli di carico tra i pedoni, è stato riscontrato che il tasso di sincronizzazione diminuisce al 60% dopo circa 50 secondi.

La risposta strutturale è stata quindi simulata. Quando si è ipotizzato che la velocità di andatura dei pedoni fosse costante e identica al segnale del metronomo, mostrato in grigio, il risultato ha sovrastimato significativamente le misurazioni, mostrate in nero. Quando la simulazione ha tenuto conto del tasso di stimolazione della variante temporale identificato, mostrato in blu, era chiaramente più vicino alla risposta misurata.

Questa procedura può essere applicata per analizzare il comportamento naturale dei pedoni. In questo modo, viene fornito un input essenziale per lo sviluppo di modelli adatti alla correlazione tra pedoni. Inoltre, il confronto tra la risposta strutturale misurata e quella simulata ci permette di validare e calibrare i modelli di carico utilizzati per l'eccitazione pedonale.

In questo modo, è possibile studiare anche l'impatto dei fenomeni di interazione uomo-struttura, come l'aggiunta di smorzamento.