Stayed cables are the key components for transmitting loads in cable-stayed bridges. Therefore, it is very important to evaluate the cable force condition to ensure bridge safety. An online condition assessment and anomaly localization method is proposed for cables based on the spatiotemporal correlation of grouped cable forces. First, an anomaly sensitive feature index is obtained based on the distribution characteristics of grouped cable forces. Second, an adaptive anomaly detection method based on the k-nearest neighbor rule is used to perform dissimilarity measurements on the extracted feature index, and such a method can effectively remove the interference of environment factors and vehicle loads on online condition assessment of the grouped cable forces. Furthermore, an online anomaly isolation and localization method for stay cables is established, and the complete decomposition contributions method is used to decompose the feature matrix of the grouped cable forces and build an anomaly isolation index. Finally, case studies were carried out to validate the proposed method using an in-service cable-stayed bridge equipped with a structural health monitoring system. The results show that the proposed approach is sensitive to the abnormal distribution of grouped cable forces and is robust to the influence of interference factors. In addition, the proposed approach can also localize the cables with abnormal cable forces online, which can be successfully applied to the field monitoring of cables for cable-stayed bridges.
Stay cables play an essential role in cable-stayed bridges. Severe vibrations and/or harsh environment may result in cable failures. Therefore, an efficient structural health monitoring (SHM) solution for cable damage detection is necessary. This study proposes a data-driven method for immediately detecting cable damage from measured cable forces by recognizing pattern transition from the intact condition when damage occurs. In the proposed method, pattern recognition for cable damage detection is realized by time series classification (TSC) using a deep learning (DL) model, namely, the long short term memory fully convolutional network (LSTM-FCN). First, a TSC classifier is trained and validated using the cable forces (or cable force ratios) collected from intact stay cables, setting the segmented data series as input and the cable (or cable pair) ID as class labels. Subsequently, the classifier is tested using the data collected under possible damaged conditions. Finally, the cable or cable pair corresponding to the least classification accuracy is recommended as the most probable damaged cable or cable pair. A case study using measured cable forces from an in-service cable-stayed bridge shows that the cable with damage can be correctly identified using the proposed DL-TSC method. Compared with existing cable damage detection methods in the literature, the DL-TSC method requires minor data preprocessing and feature engineering and thus enables fast and convenient early detection in real applications.
This study presents an effective vision-based system for cable bridge damage detection. In theory, cable bridges need to be inspected the outer as well as the inner part. Starting from August 2010, a new research project supported by Korea Ministry of Land, Transportation Maritime Affairs(MLTM) was initiated focusing on the damage detection of cable system. In this study, only the surface damage detection algorithm based on a vision-based system will be focused on, an overview of the vision-based cable damage detection is given in Fig. 1. Basically, the algorithm combines the image enhancement technique with principal component analysis(PCA) to detect damage on cable surfaces. In more detail, the input image from a camera is processed with image enhancement technique to improve image quality, and then it is projected into PCA sub-space. Finally, the Mahalanobis square distance is used for pattern recognition. The algorithm was verified through laboratory tests on three types of cable surface. The algorithm gave very good results, and the next step of this study is to implement the algorithm for real cable bridges.
An efficient and accurate algorithm is proposed to estimate cable safety factor of suspension bridges satisfying prescribed reliability levels. Uncertainties in the structure and load parameters are incorporated. The proposed algorithm integrates the concepts of the inverse reliability method and deterministic method for assessing cable safety factors of suspension bridges. The unique feature of the proposed method is that it offers a tool for cable safety assessment of suspension bridges, when the reliability level is specified as a target to be satisfied by the designer. After the accuracy and efficiency of the method are demonstrated through two numerical examples, the method is used to estimate cable safety factors of suspension bridges with span length ranging from 2000 to 5000 m. The results show that the deterministic method overestimates cable safety factor of suspension bridges because of neglecting the parameter uncertainty effects. The actual cable safety factor of suspension bridges should be estimated based on the proposed method.
Beam string structure (BSS) is introduced as a new type of hybrid prestressed string structures. The composition and mechanics features of BSS are discussed. The main principles of wavelet packet transform (WPT), principal component analysis (PCA) and support vector machine (SVM) have been reviewed. WPT is applied to the structural response signals, and feature vectors are obtained by feature extraction and PCA. The feature vectors are used for training and classification as the inputs of the support vector machine. The method is used to a single one-way arched beam string structure for damage detection. The cable prestress loss and web members damage experiment for a beam string structure is carried through. Different prestressing forces are applied on the cable to simulate cable prestress loss, the prestressing forces are calculated by the frequencies which are solved by Fourier transform or wavelet transform under impulse excitation. Test results verify this method is accurate and convenient. The damage cases of web members on the beam are tested to validate the efficiency of the method presented in this study. Wavelet packet decomposition is applied to the structural response signals under ambient vibration, feature vectors are obtained by feature extraction method. The feature vectors are used for training and classification as the inputs of the support vector machine. The structural damage position and degree can be identified and classified, and the test result is highly accurate especially combined with principle component analysis.
Jin-Soo Kim;Jae-Bong Park;Deok-Keun Lee;Dong-Uk Park;Sung-Wan Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.1
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pp.98-106
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2024
Due to advancements in construction technology and analytical tools, an increasing number of cable-stayed bridges have been designed and constructed in recent years. A cable is a structural element that primarily transmits the main load of a cable-stayed bridge and plays the most crucial role in reflecting the overall condition of the entire bridge system. In this study, a vision-based method was applied to estimate the tension of the stay cables located at a long distance. To measure the response of a cable using a vision-based method, it is necessary to install feature points or targets on the cable. However, depending on the location of the point to be measured, there may be no feature points in the cable, and there may also be limitations in installing the target on the cable. Hence, it is necessary to find a way to measure cable response that overcomes the limitations of existing vision-based methods. This study proposes a method for measuring cable responses by utilizing the characteristics of cable shape. The proposed method involved extracting the cable shape from the acquired image and determining the center of the extracted cable shape to measure the cable response. The extracted natural frequencies of the vibration mode were obtained using the measured responses, and the tension was estimated by applying them to the vibration method. To verify the reliability of the vision-based method, cable images were obtained from the Hwatae Bridge in service under ambient vibration conditions. The reliability of the method proposed in this study was confirmed by applying it to the vibration method using a vision-based approach, resulting in estimated tensions with an error of less than 1% compared to tensions estimated using an accelerometer.
MR dampers have been proposed for the control of cable vibration of cable-stayed bridge in recent years due to their high performance and low energy consumption. However, the highly nonlinear feature of MR dampers makes them difficult to be designed with efficient semi-active control algorithms. Simulation study has previously been carried out on the cable-MR damper system using a semi-active control algorithm derived based on the universal design curve of dampers and a bilinear mechanical model of the MR damper. This paper aims to verify the effectiveness of the MR damper for mitigating cable vibration through a full-scale experimental test, using the same semi-active control strategy as in the simulation study. A long stay cable fabricated for a real bridge was set-up with the MR damper installed. The cable was excited under both free and forced vibrations. Different test scenarios were considered where the MR damper was tuned as passive damper with minimum or maximum input current, or the input current of the damper was changed according to the proposed semi-active control algorithm. The effectiveness of the MR damper for controlling the cable vibration was assessed through computing the damping ratio of the cable for free vibration and the root mean square value of acceleration of the cable for forced vibration.
Chen, Genda;McDaniel, Ryan;Sun, Shishuang;Pommerenke, David;Drewniak, James
Smart Structures and Systems
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v.1
no.2
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pp.141-158
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2005
A new design of distributed crack sensors based on the topological change of transmission line cables is presented for the condition assessment of reinforced concrete (RC) structures during and immediately after an earthquake event. This study is primarily focused on the performance of cable sensors under dynamic loading, particularly a feature that allows for some "memory" of the crack history of an RC member. This feature enables the post-earthquake condition assessment of structural members such as RC columns, in which the earthquake-induced cracks are closed immediately after an earthquake event due to gravity loads, and are visually undetectable. Factors affecting the onset of the feature were investigated experimentally with small-scale RC beams under cyclic loading. Test results indicated that both crack width and the number of loading cycles were instrumental in the onset of the memory feature of cable sensors. Practical issues related to dynamic acquisition with the sensors are discussed. The sensors were proven to be fatigue resistant from shake table tests of RC columns. The sensors continued to show useful performance after the columns can no longer support additional loads.
Park, J.;Yang, B.;Kang, J.;Cho, J.;Lee, S.;Shim, K.;Kim, S.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.12
no.3
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pp.29-33
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2010
For last 10 years, there are big progress and many efforts in the development of HTS power equipments by some country including South Korea. Especially HTS cable system is the strongest candidate among them from the viewpoint of applying to real grid, because of the feature of it, compact and large capacity. In South Korea, transmission level 154kV, the world top voltage class, HTS cable system was installed and has been tested in KEPCO Gochang Underground Cable Test Field since the early of 2010 in order to meet test requirements made by KEPCO, the only grid company in South Korea. The type test of it will be completed by October 2010 and subsequently long-term load cycle test will be performed during 6 months. Also in the near future, KEPCO has a plan to demonstrate transmission level HTS cable system in real grid, in order to meet practical requirements and confirm the feasibility of it. This paper says the test plan of transmission level 154kV HTS cable system and the way how to test it.
This article develops a long-term condition assessment method for stay cables in cable stayed bridges using the monitored cable tension forces under operational condition. Based on the concept of influence surface, the matched cable tension ratio of two cables located at the same side (either in the upstream side or downstream side) is theoretically proven to be related to the condition of stay cables and independent of the positions of vehicles on the bridge. A sensor grouping scheme is designed to ensure that reliable damage detection result can be obtained even when sensor fault occurs in the neighbor of the damaged cable. Cable forces measured from an in-service cable-stayed bridge in China are used to demonstrate the accuracy and effectiveness of the proposed method. Damage detection results show that the proposed approach is sensitive to the rupture of wire damage in a specific cable and is robust to environmental effects, measurement noise, sensor fault and different traffic patterns. Using the damage sensitive feature in the proposed approach, the metrics such as accuracy, precision, recall and F1 score, which are used to evaluate the performance of damage detection, are 97.97%, 95.08%, 100% and 97.48%, respectively. These results indicate that the proposed approach can reliably detect the damage in stay cables. In addition, the proposed approach is efficient and promising with applications to the field monitoring of cables in cable-stayed bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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