Simulação de vibrações induzidas por humanos com base no comportamento do pedestre no campo Caracterizada

O objetivo geral deste procedimento é usar o movimento rastreado de pedestres para caracterizar cargas induzidas pelo homem e, posteriormente, verificar as vibrações estruturais induzidas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo das vibrações induzidas pelo homem, como a caracterização do comportamento individual de caminhada, a identificação da correlação entre pedestres em uma multidão, bem como a quantificação dos fenômenos de interação homem-estrutura. A principal vantagem desta técnica é que ela pode ser aplicada in-situ e, assim, nos permite analisar as condições reais do tráfego.

As observações em campo são a única maneira de obter informações detalhadas e precisas sobre dados de carregamento representativos. Portanto, eles são essenciais para o desenvolvimento e validação dos modelos de carga usados para excitação de pedestres. Demonstrando o procedimento estarão Klaus Lievens, Xinxin Wei e Krumka Kasapova, três alunos de doutorado de nosso grupo de pesquisa, e Bram Gezels, um assistente acadêmico.

Use rastreadores de movimento sem fio para registrar o movimento dos pedestres. Para configurar os sensores, use o software gerenciador de MT para estabelecer a conexão sem fio. Especifique a taxa de amostragem desejada, que deve ser de pelo menos 60 hertz para capturar o movimento humano.

Em seguida, faça movimentos lentos com os rastreadores de movimento até que estejam conectados e, em seguida, continue ativando o modo de medição. Em seguida, exiba os dados inerciais de todos os rastreadores de movimento ativos. Agora, conecte um rastreador de movimento o mais próximo possível do centro de massa de cada participante.

Prenda o rastreador de movimento de forma robusta no participante para que fique confortável e seguro. Agora, os dados podem ser registrados conforme necessário. Ao fazer medições em laboratório, o movimento do sujeito humano pode ser rastreado simultaneamente com as forças de reação do solo medidas com uma plataforma de força.

Primeiro, use o software que acompanha para definir a plataforma de força e as configurações de aquisição. Selecione um ganho e uma taxa de amostragem de acordo com a precisão desejada e o tipo de carga envolvido. Para cargas induzidas pelo homem, defina o ganho para uma força máxima de 4.879 newtons e defina a taxa de amostragem para 200 hertz.

Sempre inicie e termine uma medição com uma plataforma de força vazia. Use a função de tara ou a correção automática de deslocamento para redefinir a força quando a placa estiver vazia. Uma vez, os dados podem ser registrados conforme necessário.

Para medições realizadas no local, as vibrações estruturais podem ser medidas em locais relevantes, como no meio do vão de uma passarela. Para fazer isso, use gravadores de detecção de deslocamento, velocidade ou aceleração. Configure os gravadores de acordo com as instruções do fabricante.

Depois de colocar os gravadores nos locais desejados, nivele-os de acordo com um quadro de referência global. No laboratório, depois de configurar os rastreadores de movimento e a plataforma de força, inicie a gravação de dados. Em seguida, peça ao participante para pisar na plataforma de força e ficar parado por pelo menos 30 segundos.

Assim, pese o participante. Em seguida, inicie um metrônomo para ditar a frequência de força fundamental. Em seguida, peça ao participante que se mova no ritmo do sinal do metrônomo, como caminhar, pular ou balançar.

Registre esta atividade por um número suficiente de ciclos, 60 ciclos são recomendados. Quando os ciclos estiverem completos, peça ao participante para sair do prato. Para experimentos realizados no local em uma estrutura civil de interesse, configure os rastreadores de movimento e uma rede de sensores que registrarão as vibrações estruturais.

Em um ambiente externo, um megafone pode ser usado para amplificar o sinal do metrônomo. No local, repita o teste pelo menos três vezes, de preferência quatro vezes, para verificar a repetibilidade do experimento. Em qualquer configuração em que vários sistemas de aquisição são usados e nenhum gatilho ou canal comum está disponível, sincronize os dispositivos usando um único evento que cada sistema pode registrar, como um forte impacto.

Adicione eventos de sincronização ao início e ao fim de cada teste. Com base nesses eventos, os dados dos diferentes sistemas podem ser sincronizados offline. Ao realizar medições dinâmicas com mais de um tipo de sensor, a sincronização dos dados é essencial.

Portanto, tentamos usar um único sistema de aquisição de dados ou que os sistemas registrem um sinal comum. Comece identificando o tempo entre os eventos nominalmente idênticos dos ciclos de carga. Para os experimentos de laboratório de referência, execute esta etapa nos dados de movimento do pedestre e nos dados da plataforma de força.

Depois de carregar os dados, especifique a taxa de amostragem e estime a frequência média de carregamento. Além disso, especifique a janela de tempo relevante, se necessário. A etapa mais crítica neste procedimento está na identificação do início de cada ciclo de carga a partir do movimento do pedestre rastreado.

É essa informação de tempo que nos permite calcular a taxa de estimulação variante de tempo do pedestre. Para a análise dos experimentos no laboratório, exclua o primeiro e os últimos cinco ciclos da análise e trabalhe com os 50 restantes. Certifique-se de verificar visualmente as informações de tempo antes de salvar os dados.

Agora, calcule a frequência média de carregamento fundamental como o inverso do tempo médio entre os ciclos de carga subsequentes. Quando vários pedestres estão envolvidos, as informações de tempo identificadas podem ser aplicadas para analisar sua correlação. Para a análise dos experimentos no local, o próximo passo é usar as informações de tempo identificadas para simular a resposta estrutural induzida.

Em primeiro lugar, defina os parâmetros modais da estrutura de teste. Isso inclui as frequências naturais, as taxas de amortecimento modais e os deslocamentos modais normalizados em massa. Certifique-se de verificar visualmente as informações de entrada modal antes de continuar.

Em segundo lugar, definir as características dos pedestres e suas cargas induzidas. Isso inclui o tipo de carga, peso, caminho ou localização de caminhada, taxa média de estimulação e tempo dos ciclos de carga. Especifique os parâmetros da solução, como os locais de saída, bem como os parâmetros de tempo.

Em seguida, execute e salve a resposta estrutural simulada para os participantes envolvidos. Como antes, verifique visualmente os resultados antes de prosseguir. Em terceiro lugar, calcule a resposta estrutural total por meio da superposição das respostas individuais, somando os vetores correspondentes.

Em seguida, compare o resultado com a resposta estrutural medida com uma representação gráfica dos dados. A partir de um único pedestre testado no laboratório, foi identificado o início de cada ciclo de carga. Esses dados são usados para simular as forças de caminhada, mostradas em azul, e comparar com as forças medidas, mostradas em preto.

Uma boa aproximação das forças reais de caminhada foi obtida. Da mesma forma, foi analisado o comportamento de caminhada de seis pedestres em uma passarela. Novamente, o início de cada ciclo de carga foi identificado a partir do movimento do pedestre rastreado.

Essas informações do ciclo de carga foram então usadas para simular as forças induzidas pelo pedestre. Após cerca de 16 segundos, os pedestres caminhavam em sincronia, enquanto após 50 segundos, observou-se perda significativa de sincronização. Ao comparar o tempo dos ciclos de carga entre os pedestres, a taxa de sincronização diminuiu para 60% após cerca de 50 segundos.

A resposta estrutural foi então simulada. Quando a taxa de estimulação dos pedestres foi assumida como constante e idêntica ao sinal do metrônomo, mostrado em cinza, o resultado superestimou significativamente as medidas, mostradas em preto. Quando a simulação levou em conta a taxa de estimulação da variante de tempo identificada, mostrada em azul, ela estava claramente mais próxima da resposta medida.

Este procedimento pode ser aplicado para analisar o comportamento natural de caminhada de pedestres. Desta forma, são fornecidos insumos essenciais para o desenvolvimento de modelos adequados para a correlação entre pedestres. Além disso, a comparação entre a resposta estrutural medida e simulada nos permite validar e calibrar os modelos de carga utilizados para a excitação de pedestres.

Ao fazer isso, também o impacto dos fenômenos de interação homem-estrutura, como o amortecimento adicionado, pode ser investigado.