Human-structure interaction model validation using an autoregressive model

People walking on a slender structure can affect the dynamic behaviour of the structure they occupy as well as introducing a source of forcing. In these cases, the dynamic properties of the empty structure will change, inducing a wrong estimation of the vibration amplitude. Therefore, many types of solutions have been proposed in the past years, however introduc- ing additional costs. A better knowledge of the human-structure interaction (HSI) would allow a more accurate evaluation of the vibration amplitudes at the design stage. In literature, there are not experimental evidence of a mathematical model validity. Thus, this thesis work validates a mathematical model able to de- scribe HSI. The validation is obtained through experimental measurements on a real structure, a slender staircase. The relation between measured human applied forces and structure accelerations is created with an au- toregressive algorithm (AR). The outcome of the algorithm is a series of coefficients able to describe features of human structure interaction. The mathematical model describing HSI is developed, then, the AR-method is used on data coming from the analytical model, obtaining a new set of AR-coefficients. Comparing the AR coefficient of experimental measure- ments with the coefficients obtained from the mathematical model, the mentioned model is validated.

Persone che camminano su una struttura snella possono modificarne il comportamento dinamico oltre a introdurre forzamento sulla struttura. In questi casi, le proprietá dinamiche della struttura saranno modificate, causando una stima erronea dell’ampiezza delle vibrazioni. Dunque, di- verse soluzioni sono state proposte in questi anni, tuttavia introducendo costi aggiuntivi. Una migliore conoscenza dell’interazione uomo-struttura permetterebbe una valutazione piú accurata delle vibrazioni in fase di progettazione. In letteratura non sono presenti validazioni sperimentali di un modello matematico. Perciò, questo elaborato ha lo scopo di validare un modello matematico in grado di descrivere l’interazione uomo-struttura. La vali- dazione è ottenuta tramite misurazioni sperimentali su una struttura reale, una scala snella. La relazione tra i dati acquisiti sperimentalmente, la forza applicata dal pedone e l’accelerazione della struttura, è stata creata tramite un algoritmo autoregressivo (AR). Il risultato dell’algoritmo è una serie di coefficienti contenenti la relazione tra uomo e struttura. Dopo aver sviluppato il modello matematico che descrive l’interazione uomo-struttura, il metodo AR è usato sui dati provenienti da tale modello analitico, ottenendo una nuova serie di coefficienti. Confrontando i coeffi- cienti AR ottenuti dai segnali sperimentali con i coefficienti ottenuti dai dati generati dal modello matematico, il suddetto modello viene validato.