Simulering av menneskeskapte Vibrations Basert på Preget i Felt Pedestrian Behavior
Summary
En protokoll er presentert for karakterisering av de i felt fotgjenger adferd og simulering av den resulterende strukturelle respons. Felttester viser at in situ identifisert pacefrekvens og synkronisering raten blant deltakerne utgjør en viktig input for simulering og verifikasjon av menneskeskapte belastninger.
Abstract
For slanke og lette konstruksjoner, er vibrasjon service et spørsmål om økende bekymring, ofte utgjør den kritiske utformingen kravet. Med design styrt av den dynamiske ytelse under menneskeskapte belastninger, eksisterer det en sterk etterspørsel etter verifisering og foredling av tilgjengelige lastmodeller. Den foreliggende bidrag benytter en 3D treghetsbevegelsessporing teknikk for karakterisering av de i-feltet fotgjenger adferd. Teknikken blir først testet i laboratorieforsøk med samtidig registrering av de tilsvarende første reaksjonskrefter. Forsøkene inkluderer gående personer samt rytmiske menneskelige aktiviteter som hopping og dupper. Det er vist at den registrerte bevegelse gjør det mulig for identifikasjon av den tids variant pacing rate av aktiviteten. Sammen med vekten av den person og anvendelse av generaliserte styrke modeller som er tilgjengelige i litteraturen, kan den identifiserte tidsvarierende pacing rate å forkulleacterize de menneskeskapte belastninger. I tillegg tidssynkronisering blant de trådløse bevegelses trackere gjør identifisere synkroniseringsfrekvens blant deltakerne. Deretter blir den teknikken som brukes på en ekte gangbro hvor både bevegelse av personer og de induserte strukturelle vibrasjoner registreres. Det er vist hvordan karakterisert v-felt fotgjenger adferd kan brukes for å simulere den induserte strukturelle respons. Det er vist at in situ identifisert pacefrekvens og synkronisering rente utgjør en viktig input for simulering og verifikasjon av menneskeskapte belastninger. De viktigste potensielle anvendelser av den foreslåtte metoden er estimering av human-struktur interaksjon fenomener og utvikling av egnede modeller for korrelasjonen blant gående i virkelige trafikkforhold.
Introduction
Drevet av den økonomiske etterspørselen av effektivitet og økende styrke (ny) materialer, arkitekter og ingeniører presser grensene for å bygge stadig lengre, høyere og lettere konstruksjoner. Vanligvis lys og slanke konstruksjoner har ett eller flere naturlige frekvenser som ligger innenfor den dominerende spekteret av vanlige menneskelige aktiviteter som gåing, løping eller hopping. Sannsynlighet for å bli utsatt for (nær-) resonans eksitasjon, de er ofte urimelig reagerer på menneskelig bevegelse, noe som resulterer i forstyrrende eller skadelig en vibrasjoner. For disse slanke og lette konstruksjoner, er vibrasjonsservice et spørsmål om økende bekymring, ofte utgjør den kritiske utformingen kravet.
Den menneskelige bevegelser og de resulterende bakken reaksjonsstyrker (GRFS) er vanligvis eksperimentelt identifisert i et laboratorium. For tiden er designere tvunget til å stole på – det som antas å være "konservative '- tilsvarende lOAD-modeller, oppskalert fra én person kraft målinger. Med design styrt av dynamisk ytelse under høye publikums tettheter, eksisterer det en sterk etterspørsel etter verifisering og avgrensning av de tilgjengelige lastmodeller.
Protokoll benytter en 3D treghet bevegelsessporing teknikk for karakterisering av den naturlige bevegelse av fotgjengere. Er det vist hvordan denne informasjonen kan brukes til å definere korrelasjonen mellom fotgjengere, så vel som de tilsvarende induserte belastninger. I et etterfølgende trinn blir karakterisert fotgjenger adferd brukt til å tallmessig simulere den induserte strukturelle respons. Sammenligning med den registrerte strukturelle respons gjør det mulig å kvantifisere effekten av uforklart human-struktur interaksjon fenomener, for eksempel, de tilsatte demping på grunn av tilstedeværelsen av fotgjengere. Metodikken er illustrert for fullskalaforsøk på en reell gangbro hvor den strukturelle respons og bevegelse av parikere er registrert samtidig.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den menneskelige bevegelser og resulterende GRFS er vanligvis identifisert ved bruk av makt plater, instrumentert tredemøller samt optisk motion capture-teknologi som Vicon 18 og CODA 19. Anvendelsen av disse teknikkene er imidlertid ikke begrenset til laboratoriemiljø. Som svar på denne ulempen, er potensialet for innovative teknikker som tillater måling av "naturlige" person atferd over mange gjentatte og uforstyrret sykluser for tiden undersøkt 20. Alternative metoder i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forsøkene som involverer gang individer er utført i samarbeid med bevegelse og holdning Analysis Laboratory Leuven (mall) 25. Deres samarbeid og støtte er takknemlig erkjent.
Materials
| MTw Development Kit + MT Manager Software | Xsens | MTW-38A70G20-1 | Development kit with wireless, highly accurate, small and lightweight 3D human motion trackers and accompanying click-in full body straps. |
| True Impulse Kinetic Measurement System + NDI Open Capture Data Acquisition and Visualization System | NDI Northern Digital Inc. | 791028 | TrueImpulse measures reaction forces exerted by humans during a wide variety of activities. |
| GMS-24 | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | (Wireless) accelerometers to register the structural vibrations. |
| GeoDAS GeoSIG Data Acquisition System | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | Graphical MS Windows application running under Windows 9x/NT/2000, providing a software interface between users and GeoSIG recorders GSR/GCR/GBV/GT. |
| PediVib toolbox | KU Leuven | / | Software interface/toolbox to simulate the structural vibrations induced by pedestrians. |
| Metronome | / | / | A device to indicate the targetted pacing rate of the activity (free applications are available online for pc/laptop/smartphone). |
References
- Bachmann, H., Ammann, W. . Bachmann vibrations in structures : induced by man and machines. , (1987).
- . MTw User Manual Available from: https://www.xsens.com/download/usermanual/MTw_usermanual.pdf (2013)
- Van Nimmen, K., Lombaert, G., Jonkers, I., De Roeck, G., Vanden Broeck, P. Characterisation of walking loads by 3D inertial motion tracking. J. Sound Vib. 333 (20), 1-15 (2013).
- Northern Digital Inc. . TrueImpulse Kinetic Measurement System User Guide. , (2013).
- Racic, V., Pavic, A. Mathematical model to generate near-periodic human jumping force signals. Mech. Syst. Signal Process. 24 (1), 138-152 (2010).
- The MathWorks Inc. . MATLAB and Signal Processing Toolbox Release. , (2014).
- Van Nimmen, K., Van den Broeck, P. . PediVib 1.0 – A MATLAB toolbox for the simulation of human-induced vibrations. , (2015).
- Li, Q., Fan, J., Nie, J., Li, Q., Chen, Y. Crowd-induced random vibration of footbridge and vibration control using multiple tuned mass dampers. J. Sound Vib. 329 (19), 4068-4092 (2010).
- Van Nimmen, K. . Numerical and experimental study of human-induced vibrations of footbridges [dissertation]. , (2015).
- Middleton, C. . Dynamic performance of high frequency floors [dissertation]. , (2009).
- Ingòlfsson, E. T., Georgakis, C. T., Ricciardelli, F., Jönsson, J. Experimental identification of pedestrian-induced lateral forces on footbridges. J. Sound Vib. 330 (6), 1265-1284 (2011).
- Racic, V., Brownjohn, J. M. W. Mathematical modelling of random narrow band lateral excitation of footbridges due to pedestrians walking. Comput. Struct. 90-91 (1), 116-130 (2012).
- Reynders, E., Roeck, G. De Reference-based combined deterministic-stochastic subspace identification for experimental and operational modal analysis. Mech. Syst. Signal Process. 22 (3), 617-637 (2008).
- Bocian, M., Macdonald, J. H. G., Burn, J. F. Biomechanically inspired modeling of pedestrian-induced vertical self-excited forces. J. Bridg. Eng. 18 (12), 1336-1346 (2013).
- Živanović, S., Pavić, A., Ingòlfsson, E. T. Modeling spatially unrestricted pedestrian traffic on footbridges. Journal of Structural Engineering. 136 (10), 1296-1308 (2010).
- Agu, E., Kasperski, M. Influence of the random dynamic parameters of the human body on the dynamic characteristics of the coupled system of structurecrowd. J. Sound Vib. 330 (3), 431-444 (2011).
- . . Vicon Motion Systems Product Manuals. , (2012).
- . . CODAmotion Technical data sheet. , (2012).
- Meichtry, A., Romkes, J., Gobelet, C., Brunner, R., Müller, R. Criterion validity of 3D trunk accelerations to assess external work and power in able-bodied gait. Gait Posture. 25 (1), 25-32 (2007).
- Jung, Y., Jung, M., Lee, K., Koo, S. Ground reaction force estimation using an insole-type pressure mat and joint kinematics during walking. J. Biomech. 47 (11), 2693-2699 (2014).
- Liedtke, C., Fokkenrood, S. A., Menger, J. T., van der Kooij, H., Veltink, P. H. Evaluation of instrumented shoes for ambulatory assessment of ground reaction forces. Gait Posture. 26 (1), 39-47 (2007).
- Boutaayamou, M., Schwartz, C., et al. Validated extraction of gait events from 3D accelerometer recordings. , 6-9 (2012).
- Kavanagh, J. J., Menz, H. B. Accelerometry: A technique for quantifying movement patterns during walking. Gait Posture. 28 (1), 1-15 (2008).
- . MALL: Movement and posture Analysis Laboratory Leuven (Interdepartemental research laboratory at the Faculty of Kinisiology and Rehabilitation Sciences) Available from: https://faber.kuleuven.be/MALL/mall.php (2015)
