Characterized In-sahada Yaya Davranışı geçerli İnsan kaynaklı Titreşimlerin Simülasyonu

Bu prosedürün genel amacı, yayaların izlenen hareketlerini kullanarak insan kaynaklı yükleri karakterize etmek ve ardından, tetiklenen yapısal titreşimleri doğrulamaktır. Bu yöntem; bireysel yürüyüş davranışının karakterizasyonu, bir kalabalık içindeki yayalar arasındaki korelasyonun belirlenmesi ve insan-yapı etkileşimi fenomenlerinin nicelleştirilmesi gibi, insan kaynaklı titreşimler alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, yerinde (in-situ) uygulanabilmesi ve böylece gerçek trafik koşullarının analiz edilmesine olanak sağlamasıdır.

Saha gözlemleri, temsilci yükleme verilerine ilişkin ayrıntılı ve doğru bilgiler elde etmenin tek yoludur. Bu nedenle, yaya uyarımı için kullanılan yük modellerinin daha fazla geliştirilmesi ve doğrulanması için temel öneme sahiptirler. Prosedürü, araştırma grubumuzun üç doktora öğrencisi olan Klaus Lievens, Xinxin Wei ve Krumka Kasapova ile akademik asistan Bram Gezels uygulamalı olarak gösterecektir.

Yayaların hareketini kaydetmek için kablosuz hareket takip cihazları kullanın. Sensörleri yapılandırmak için kablosuz bağlantıyı kurmak amacıyla MT manager yazılımını kullanın. İnsan hareketini yakalayabilmek için en az 60 hertz olması gereken istenen örnekleme hızını belirleyin.

Ardından, hareket izleyiciler bağlanana kadar yavaş hareketler yapın ve ardından ölçüm modunu etkinleştirerek devam edin. Sonra, tüm aktif hareket izleyicilerin atalet verilerini görüntüleyin. Şimdi, her bir katılımcının kütle merkezine mümkün olduğunca yakın bir yere bir hareket izleyici takın.

Hareket takip cihazını, vücuda tam oturacak ve güvenli olacak şekilde katılımcıya sıkıca sabitleyin. Artık gerektiği şekilde veri kaydedilebilir. Laboratuvarda ölçümler yapılırken, denek kişinin hareketi, bir kuvvet platformu ile ölçülen yer reaksiyon kuvvetleri ile eş zamanlı olarak takip edilebilir.

İlk olarak, kuvvet platformunu ve veri toplama ayarlarını yapılandırmak için beraberindeki yazılımı kullanın. İstenen hassasiyete ve ilgili yükleme türüne uygun bir kazanç ve örnekleme hızı seçin. İnsan kaynaklı yükler için kazancı maksimum 4, 879 newton kuvvete göre ayarlayın ve örnekleme hızını 200 hertz olarak belirleyin.

Bir ölçüme her zaman boş bir kuvvet platformu ile başlayın ve bitirin. Platform boşken kuvveti sıfırlamak için darayı veya otomatik ofset düzeltmesini kullanın. Daralama işlemi yapıldıktan sonra, gerektiği şekilde veri kaydedilebilir.

Sahada gerçekleştirilen ölçümler için, bir yaya köprüsünün açıklık ortası gibi ilgili konumlarda yapısal titreşimler ölçülebilir. Bunun için yer değiştirme, hız veya ivme algılayan kaydediciler kullanın. Kaydedicileri üretici talimatlarına göre yapılandırın.

Kaydedicileri istenen konumlara yerleştirdikten sonra, bunları küresel bir referans çerçevesiyle uyumlu hale getirerek düzleyin. Laboratuvarda, hareket izleyicileri ve kuvvet platformunu kurduktan sonra veri kaydını başlatın. Ardından, katılımcıdan kuvvet platformunun üzerine çıkmasını ve en az 30 saniye boyunca hareketsiz beklemesini isteyin.

Böylece, katılımcıyı tartın. Ardından, temel zorlama frekansını belirlemek için bir metronom başlatın. Daha sonra katılımcıdan, yürüyerek, zıplayarak veya aşağı yukarı sallanarak metronom sinyalinin temposunda hareket etmesini isteyin.

Bu aktiviteyi yeterli sayıda döngü boyunca kaydedin, 60 döngü önerilir. Döngüler tamamlandığında, katılımcıdan plaka üzerinden inmesini isteyin. İlgilenilen sivil bir yapı üzerinde yerinde yürütülen deneyler için, hareket izleyicilerini ve yapısal titreşimleri kaydedecek bir sensör ağını kurun.

Açık alan ortamında, metronom sinyalini yükseltmek için bir megafon kullanılabilir. Sahada, deneyin tekrarlanabilirliğini kontrol etmek için testi en az üç, tercihen dört kez tekrarlayın. Birden fazla veri toplama sisteminin kullanıldığı ve herhangi bir tetikleyici veya ortak kanalın mevcut olmadığı her türlü ortamda, cihazları her sistemin kaydedebileceği güçlü bir darbe gibi tek bir olay kullanarak senkronize edin.

Her testin başlangıcına ve sonuna senkronizasyon olayları ekleyin. Bu olaylara dayanarak, farklı sistemlerden gelen veriler çevrimdışı olarak senkronize edilebilir. Birden fazla sensör tipiyle dinamik ölçümler yapıldığında, verilerin senkronizasyonu esastır.

Bu nedenle, ya tek bir veri toplama sistemi kullanmaya çalışırız ya da sistemlerin ortak bir sinyali kaydetmesini sağlarız. Yük döngülerinin nominal olarak özdeş olayları arasındaki süreyi belirleyerek başlayın. Referans laboratuvar deneyleri için bu adımı hem yaya hareket verileri hem de kuvvet platformu verileri üzerinde gerçekleştirin.

Veriler yüklendikten sonra, örnekleme hızını belirtin ve ortalama yükleme frekansını tahmin edin. Ayrıca, gerekliyse ilgili zaman penceresini belirleyin. Bu prosedürdeki en kritik adım, takip edilen yaya hareketinden her bir yükleme döngüsünün başlangıcının tespit edilmesidir.

Yayanın zamana bağlı adım hızını hesaplamamıza olanak tanıyan, bu zamanlama bilgileridir. Laboratuvardaki deneylerin analizi için, ilk ve son beş döngüyü analiz dışında bırakın ve kalan 50 döngü ile çalışın. Verileri kaydetmeden önce zamanlama bilgilerini görsel olarak kontrol ettiğinizden emin olun.

Şimdi, ardışık yükleme döngüleri arasındaki ortalama sürenin tersi olarak ortalama temel yükleme frekansını hesaplayın. Birden fazla yayanın dahil olduğu durumlarda, belirlenen zamanlama bilgileri bunların korelasyonunu analiz etmek için uygulanabilir. Saha deneylerinin analizi için bir sonraki adım, belirlenen zamanlama bilgilerini kullanılarak indüklenmiş yapısal tepkiyi simüle etmektir.

İlk olarak, test yapısının modal parametrelerini tanımlayın. Bunlar; doğal frekanslar, modal sönümleme oranları ve kütle-normalleştirilmiş modal yer değiştirmeleri içerir. Devam etmeden önce modal giriş bilgilerini görsel olarak kontrol ettiğinizden emin olun.

İkinci olarak, yayaların özelliklerini ve oluşturdukları yükleri tanımlayın. Bunlar arasında yük tipi, ağırlık, yürüme yolu veya konumu, ortalama adım hızı ve yük döngülerinin zamanlaması yer alır. Çıktı konumları gibi çözüm parametrelerinin yanı sıra zaman parametrelerini de belirtin.

Ardından, ilgili katılımcılar için simüle edilmiş yapısal yanıtı çalıştırın ve kaydedin. Daha önce olduğu gibi, devam etmeden önce sonuçları görsel olarak kontrol edin. Üçüncü olarak, karşılık gelen vektörleri toplayarak bireysel yanıtların süperpozisyonu yoluyla toplam yapısal yanıtı hesaplayın.

Ardından, sonucu, verilerin grafiksel bir gösterimiyle ölçülen yapısal tepkiyle karşılaştırın. Laboratuvarda test edilen tek bir yayanın her yük döngüsünün başlangıcı belirlenmiştir. Bu veriler, mavi ile gösterilen yürüme kuvvetlerini simüle etmek ve bunları siyah ile gösterilen ölçülen kuvvetlerle karşılaştırmak için kullanılır.

Gerçek yürüme kuvvetlerinin iyi bir yaklaşımı elde edildi. Benzer şekilde, bir yaya köprüsü üzerindeki altı yayanın yürüme davranışı analiz edildi. Yine, her yük döngüsünün başlangıcı, izlenen yaya hareketinden belirlendi.

Bu yük döngüsü bilgileri daha sonra yaya kaynaklı kuvvetleri simüle etmek için kullanılmıştır. Yaklaşık 16 saniye sonra yayaların adım uyumu içinde yürüdükleri, 50 saniye sonra ise senkronizasyonda belirgin bir kaybın meydana geldiği gözlemlenmiştir. Yayalar arasındaki yük döngülerinin zamanlamaları karşılaştırılarak, senkronizasyon oranının yaklaşık 50 saniye sonra %60'a düştüğü tespit edilmiştir.

Ardından yapısal tepki simüle edilmiştir. Yayaların adım hızı, gri renkle gösterilen metronom sinyaliyle sabit ve özdeş varsayıldığında, sonuç siyah renkle gösterilen ölçümleri önemli ölçüde aşmıştır. Simülasyon, mavi renkle gösterilen belirlenmiş zamana bağlı değişken adım hızını dikkate aldığında, ölçülen tepkiye belirgin şekilde daha yakın sonuç vermiştir.

Bu prosedür, yayaların doğal yürüme davranışlarını analiz etmek için uygulanabilir. Bu sayede, yayalar arasındaki korelasyona yönelik uygun modellerin geliştirilmesi için temel girdiler sağlanır. Ayrıca, ölçülen ve simüle edilen yapısal yanıtlar arasındaki karşılaştırma, yaya uyarımı için kullanılan yük modellerini doğrulamamıza ve kalibre etmemize olanak tanır.

Bu sayede, ek sönümleme gibi insan-yapı etkileşimi fenomenlerinin etkisi de araştırılabilir.