This paper investigates the load model for single footfall trace of human walking. A large amount of single person walking load tests were conducted using the three-dimensional gait analysis system. Based on the experimental data, Fourier series functions were adopted to model single footfall trace in three directions, i.e. along walking direction, direction perpendicular to the walking path and vertical direction. Function parameters such as trace duration time, number of Fourier series orders, dynamic load factors (DLFs) and phase angles were determined from the experimental records. Stochastic models were then suggested by treating walking rates, duration time and DLFs as independent random variables, whose probability density functions were obtained from experimental data. Simulation procedures using the stochastic models are presented with examples. The simulated single footfall traces are similar to the experimental records.
한국지진공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.127-134
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1999
Vibration problem occurring at the metal deck floor system not only reduces the serviceability of a building but also reduces the usability of a floor system. Most problem occurring at the metal deck floor results from the human movement such as walking and running. However the vibration induced by running does not occur continuously except the special case. therefore the floor vibration due to walking was only considered on this paper,. Vibration occurring due to human walking was measured and the corresponding load function was derived through the Fast Fourier Transform(FFT)
Excessive vibrations can occur in long-span structures such as floors or footbridges due to occupant?s daily activity like walking and cause a so-called vibration serviceability issue. Since 1970s, researchers have proposed many human walking load models, and some of them have even been adopted by major design guidelines. Despite their wide applications in structural vibration serviceability problems, differences between these models in predicting structural responses are not clear. This paper collects 19 popular walking load models and compares their effects on structure?s responses when subjected to the human walking loads. Model parameters are first compared among all these models including orders of components, dynamic load factors, phase angles and function forms. The responses of a single-degree-of-freedom system with various natural frequencies to the 19 load models are then calculated and compared in terms of peak values and root mean square values. Case studies on simulated structures and an existing long-span floor are further presented. Comparisons between predicted responses, guideline requirements and field measurements are conducted. All the results demonstrate that the differences among all the models are significant, indicating that in a practical design, choosing a proper walking load model is crucial for the structure?s vibration serviceability assessment.
Most high rise buildings have been constructed with steel structure systems with metal deck floors and concrete topping. Since the mass of the metal deck floor system is relatively thinner than that of the concrete floor system and due to the larger span compared to other floor systems, vibration serviceability problems are frequently occurred. Most of vibration problems are induced by the movement of humans. A walking load function was proposed for the better estimation of composite deck floor vibration based on site measurements in this paper.
Purpose : The purpose of this study was to investigate the changing plantar foot pressure by the backpack load of 0, 10, 15, and 20% of their body weight while level walking in flat foot and so to recommend suitable backpack weight limitations for flat foot subjects. Method : 14 young flat foot subjects($24.29{\pm}2.16yrs$) participated in this study. the subjects were assigned to carry backpack load and there was four level walking modes : (1) unloaded walking(0%), (2) 10% body weight(BW) load, (3) 15% BW load and (4) 20% BW load. Repeated ANOVA was used to compare each region data of foot according to different backpack weight. Results : As backpack load became increased, the contact area of midfoot was significantly increased, and contact area of forefoot and rearfoot were significantly decreased. maximum pressure at each region during walking tended to be greater as the load increased, but a significant difference was found only for the heel medial and lateral regions Conclusion : Based on this data, the weight of backpack could influenced structure and function of the foot in flat foot.
이 연구의 목적은 무리보행하중을 받는 구조물의 주요 지점에 대한 응답을 계측하고 분석하여 하중의 특성을 파악하는 것이다. 이를 위하여 먼저 건축구조물의 동특성을 파악하였으며 이를 바탕으로 무리보행하중의 주파수 특성을 파악할 수 있는 식을 유도하였다. 그리고, 단위보행하중의 주파수 특성을 바탕으로 무리보행하중의 크기를 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 유도된 식은 무리보행하중의 진동수 및 크기를 잘 나타내었으며, 단위보행하중을 기준으로 한 무리보행하중의 크기를 평가하는 경우에는 고차모드형상을 포함하여야 좋은 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
Recently, the damping effect of building structures are greatly reduced because the use of non-structures members as like curtain wall are decreased and large open space are in need for the service of buildings. Assembly and office buildings with a lower natural frequency have a higher possibility of experiencing excessive vibration induced by human activities as like jumping, running and walking. These excessive vibration make the occupants uncomfortable and the serviceability deterioration. The common method of application of walking loads for the vibration analysis of structures subjected to walking loads is to inflict a series unit walking load and a periodic function at a node. But this method could not consider the moving effect of walking. In this study, natural frequency and damping ratio of plate structure are evaluated by heel drop tests. And new application of equivalent walking loads are introduced for vibration analysis of real slab system subjected to walking loads. The response obtained from the numerical analysis are compared well to the results measured by experimental tests. It is possible to efficiently analyze the vibration of floor which is subjected to walking loads by applying equivalent walking loads.
보행하중을 받는 바닥판 구조물의 진동해석을 위해서 일반적으로 계측한 보행하중을 적용하거나 Bachmann의 보행하중식을 사용하게 된다. 다양한 매개변수의 영향을 받는 보행하중은 계측이 쉽지 않으며 Bachmann 보행하중식은 보행진동수가 2.OHz와 2.4Hz로 제한적이기 때문에 다양한 보행진동수에 따른 보행하중을 적용하기가 곤란하다. 따라서 보행하중을 받는 구조물의 진동해석을 위해서 보행하중의 매개변수 분석과 다양한 보행진동수에 적용이 가능한 보행하중의 모형화가 필요하다. 본 논문에서는 로드셀이 장착된 계측 플레이트를 이용하여 바닥판에 가해지는 보행하중을 직접 계측하고 매개변수를 분석하였다. 그리고 퓨리에 변환을 이용하여 계측한 보행하중을 다양한 진동수를 가지는 조화하중으로 분해하였다. 분해과정을 거쳐 얻은 조화하중의 계수들을 보행진동수에 대한 일정한 함수관계로 유도하여 보행하중을 모형화하였다. 본 논문에서 제안한 보행하중식을 이용하면 다양한 보행진동수에 따라 다르게 나타나는 보행하중을 구조물의 진동해석에 용이하게 적용할 수 있다.
This research was designed to investigate biomechanical aspects of the evolution based on the hypothesis of dynamic cooperative interactions between the locomotion pattern and the body shape in the evolution of human bipedal walking The musculoskeletal model used in the computer simulation consisted of 12 rigid segments and 26 muscles. The nervous system was represented by 18 rhythmic pattern generators. The genetic algorithm was employed based on the natural selection theory to represent the evolutionary mechanism. Evolutionary strategy was assumed to minimize the cost function that is weighted sum of the energy consumption, the muscular fatigue and the load on the skeletal system. The simulation results showed that repeated manipulations of the genetic algorithm resulted in the change of body shape and locomotion pattern from those of chimpanzee to those of human. It was suggested that improving locomotive efficiency and the load on the musculoskeletal system are feasible factors driving the evolution of the human body shape and the bipedal locomotion pattern. The hypothetical evolution method employed in this study can be a new powerful tool for investigation of the evolution process.
Purpose : The purpose of this study was to investigate knee muscle strength, balance, and proprioception by walking while giving weight to the ankle joint at a load of 0%, 10%, and 15% gradient on a treadmill. Methods : Twenty-four subjects were divided into three groups. Group A walked on a 0% gradient while giving weight to the ankle joint as a load. Group B walked on a 10% gradient while giving weight to the ankle joint as a load. Group C walked on a 15% gradient while giving weight to the ankle joint as a load. This was performed three times per week for four weeks. The walking speed was set at 4km/hour and the walking time was set at 20 minutes. Measurements were performed before and after the experiment. Biodex medical system and Balance system SD were used as measuring instruments. Results : There was no significant difference between the gradients in muscle strength, balance and proprioception. However, there were differences in pretest and posttest measurements for muscle strength, balance and proprioception in each gradient. In particular, the gradient of 10% showed a significant difference. Conclusion : According to the results of this study, to use a 10% gradient is effective when walking while giving weight to the ankle joint as a load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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