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

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

Le osservazioni in campo sono l'unico modo per ottenere informazioni dettagliate e accurate sui dati di carico rappresentativi. Pertanto, sono essenziali per lo sviluppo e la validazione ulteriori dei modelli di carico utilizzati per l'eccitazione pedonale. A illustrare 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.

Utilizzare tracker del movimento senza fili 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 dovrebbe essere di almeno 60 hertz per catturare il movimento umano.

Quindi, effettuare movimenti lenti con i tracker di movimento finché non sono collegati, quindi procedere attivando la modalità di misurazione. Successivamente, visualizzare i dati inerziali di tutti i tracker di movimento attivi. Ora, fissare un tracker di movimento il più vicino possibile al centro di massa di ciascun partecipante.

Fissare saldamente il tracker del movimento sul partecipante in modo che sia aderente e sicuro. A questo punto, è possibile registrare i dati secondo necessità. Durante le misurazioni in laboratorio, il movimento del soggetto umano può essere tracciato contemporaneamente alle forze di reazione del suolo misurate con una piattaforma di forza.

Per prima cosa, utilizzare il software in dotazione per configurare la piattaforma di forza e le impostazioni di acquisizione. Selezionare un guadagno e una frequenza di campionamento in base all'accuratezza desiderata e al tipo di carico coinvolto. Per carichi indotti dall'uomo, impostare il guadagno per una forza massima di 4.879 newton e la frequenza di campionamento a 200 hertz.

Avviare e terminare sempre una misurazione con una piattaforma di forza vuota. Utilizzare la funzione di taratura o la correzione automatica dell'offset per azzerare la forza quando la piattaforma è vuota. Una volta effettuata la taratura, i dati possono essere registrati secondo necessità.

Per misurazioni effettuate in loco, le vibrazioni strutturali possono essere rilevate in posizioni rilevanti, ad esempio alla mezzeria di un passaggio pedonale. A tal fine, utilizzare registratori dotati di sensori di spostamento, velocità o accelerazione. Configurare i registratori secondo le istruzioni del produttore.

Dopo aver posizionato i registratori nelle posizioni desiderate, livellarli in accordo con un sistema di riferimento globale. In laboratorio, dopo aver configurato i sensori di movimento e la piattaforma di forza, avviare la registrazione dei dati. Quindi, chiedere al partecipante di salire sulla piattaforma di forza e di rimanere fermo per almeno 30 secondi.

Pertanto, pesare il partecipante. Successivamente, avviare un metronomo per stabilire la frequenza fondamentale di forzamento. Quindi, chiedere al partecipante di muoversi al ritmo del segnale del metronomo, ad esempio camminando, saltando o oscillando.

Registrare questa attività per un numero sufficiente di cicli; si raccomandano 60 cicli. Al termine dei cicli, chiedere al partecipante di scendere dalla piastra. Per esperimenti effettuati in loco su una struttura civile di interesse, posizionare i tracker del movimento 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 situazione in cui vengano utilizzati più sistemi di acquisizione e non sia disponibile un trigger o un canale comune, sincronizzare i dispositivi mediante 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 in post-elaborazione. Quando si eseguono misurazioni dinamiche con più di un tipo di sensore, la sincronizzazione dei dati è essenziale.

Pertanto, si cerca di utilizzare un singolo sistema di acquisizione dati oppure di far registrare ai sistemi un segnale comune. Iniziare identificando l'intervallo di tempo tra gli eventi nominalmente identici dei cicli di carico. Per gli esperimenti in laboratorio di riferimento, eseguire questo passaggio sia sui dati del movimento pedonale sia sui dati della piattaforma di forza.

Dopo aver caricato i dati, specificare la frequenza di campionamento e stimare la frequenza media di carico. Inoltre, se necessario, specificare la finestra temporale rilevante. Il passaggio più critico di questa procedura consiste nell'identificare l'inizio di ogni ciclo di carico a partire dal movimento pedonale rilevato.

È questa informazione temporale che consente di calcolare la frequenza di cammino variabile nel tempo del pedone. Per l'analisi degli esperimenti in laboratorio, escludere i primi e gli ultimi cinque cicli dall'analisi e utilizzare i restanti 50. Assicurarsi di verificare visivamente le informazioni temporali prima di salvare i dati.

Ora, calcolare la frequenza fondamentale media di carico come 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.

Definire innanzitutto i parametri modali della struttura in prova. Questi includono le frequenze naturali, i rapporti di smorzamento modale e gli spostamenti modali normalizzati rispetto alla massa. Assicurarsi di verificare visivamente le informazioni modali di ingresso prima di procedere.

In secondo luogo, definire le caratteristiche dei pedoni e dei carichi da essi generati. Questi includono il tipo di carico, il peso, il percorso di camminata o la posizione, la frequenza media del passo e i tempi dei cicli di carico. Specificare i parametri della soluzione, come le posizioni di output, nonché i parametri temporali.

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

Quindi, confrontare il risultato con la risposta strutturale misurata mediante una rappresentazione grafica dei dati. A partire da un singolo pedone testato in laboratorio, è stato identificato l'inizio di ogni ciclo di carico. Questi dati vengono utilizzati per simulare le forze generate dalla camminata, mostrate in blu, e confrontarle con le forze misurate, mostrate in nero.

È stata ottenuta una buona approssimazione delle forze reali generate dalla camminata. Analogamente, è stato analizzato il comportamento di camminata di sei pedoni su un passaggio pedonale. Ancora una volta, l'inizio di ogni ciclo di carico è stato identificato a partire dal movimento dei pedoni tracciato.

Queste informazioni sui cicli di carico sono state quindi utilizzate per simulare le forze indotte dai pedoni. Dopo circa 16 secondi, i pedoni camminavano in sincronia, mentre dopo 50 secondi si è osservata una significativa perdita di sincronizzazione. Confrontando i tempi dei cicli di carico tra i pedoni, si è riscontrato che la percentuale di sincronizzazione diminuiva al 60% dopo circa 50 secondi.

È stata quindi simulata la risposta strutturale. Quando la frequenza di cammino dei pedoni è stata assunta costante e identica al segnale del metronomo, mostrato in grigio, il risultato ha sovrastimato in modo significativo le misurazioni, mostrate in nero. Quando la simulazione ha tenuto conto della frequenza di cammino variabile nel tempo identificata, mostrata in blu, si è avvicinata chiaramente di più alla risposta misurata.

Questa procedura può essere applicata per analizzare il comportamento naturale della camminata dei pedoni. In questo modo, si ottiene un'informazione essenziale per lo sviluppo di modelli adeguati per la correlazione tra i pedoni. Inoltre, il confronto tra la risposta strutturale misurata e quella simulata permette di validare e calibrare i modelli di carico utilizzati per l'eccitazione provocata dai pedoni.

In questo modo, è possibile analizzare anche l'impatto di fenomeni derivanti dall'interazione tra esseri umani e strutture, come l'ammortizzamento aggiuntivo.