Statistical simulation of ground reaction forces in human-structure interaction

In case of slender civil structures, humans may have a strong influence on their dynamics. This phenomenon is known as Human-Structure Interaction (HSI). One method to model it, considers the reaction force between humans and structure as the sum of two contributions: active and passive. The active force is given by the human moving on the structure, while the passive force is given by the structure vibrations exciting the human itself. Firstly, the above mentioned active forces are modelled and simulated using Gaussian process regression models. The simulated force signals are compared to the experimental ones using autoregressive models. The whole HSI phenomenon is also modelled, through a Simulink implemented model. Force and acceleration signals are compared between experimental and numerical, again using autoregressive models. The possibility to simulate active forces, or the whole HSI phenomenon results in a useful tool in human-structure interaction context as it allows to avoid waste of resources otherwise used in experimental campaigns.

Nel caso di strutture civili snelle, l’uomo può avere una forte influenza sulla loro dinamica. Questo fenomeno è conosciuto come Interazione Uomo-Struttura (HSI). Un metodo per modellarlo, considera la forza di reazione scambiata tra la persona e la struttura come somma di due contributi: uno attivo e uno passivo. La forza attiva è data dal movimento delle persone sulla struttura, mentre quella passiva dalla vibrazione della struttura che eccita dinamicamente di conseguenza le persone. Anzitutto, le forze attive sono modellate e simulate usando modelli di regressione con processi Gaussiani. I segnali delle forze simulate sono poi confrontati con quelli sperimentali utilizzando i modelli autoregressivi. Successivamente, anche l’intero fenomeno dell’HSI è modellato grazie ad un modello numerico implementato in Simulink. I segnali di forza ed accelerazione sperimentali sono confrontati con quelli numerici utilizzando nuovamente i modelli autoregressivi. La capacità di simulare le forze attive, o l’intero fenomeno di interazione uomo-struttura, rappresenta uno strumento importante nel contesto HSI permettendo di evitare sprechi di risorse che sarebbero necessarie per le campagne sperimentali.