As a testbed for various structural health monitoring (SHM) technologies, a super-tall structure - the 610 m-tall Guangzhou Television and Sightseeing Tower (GTST) in southern China - is currently under construction. This study aims to explore state-of-the-art wireless sensing technologies for monitoring the ambient vibration of such a super-tall structure during construction. The very nature of wireless sensing frees the system from the need for extensive cabling and renders the system suitable for use on construction sites where conditions continuously change. On the other hand, unique technical hurdles exist when deploying wireless sensors in real-life structural monitoring applications. For example, the low-frequency and low-amplitude ambient vibration of the GTST poses significant challenges to sensor signal conditioning and digitization. Reliable wireless transmission over long distances is another technical challenge when utilized in such a super-tall structure. In this study, wireless sensing measurements are conducted at multiple heights of the GTST tower. Data transmission between a wireless sensing device installed at the upper levels of the tower and a base station located at the ground level (a distance that exceeds 443 m) is implemented. To verify the quality of the wireless measurements, the wireless data is compared with data collected by a conventional cable-based monitoring system. This preliminary study demonstrates that wireless sensing technologies have the capability of monitoring the low-amplitude and low-frequency ambient vibration of a super-tall and slender structure like the GTST.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.5A
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pp.351-360
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2011
Jacket-type offshore structures are always exposed to severe environmental conditions such as salt, high speed of current, wave, and wind compared with other onshore structures. In spite of the importance of maintaining the structural integrity for offshore structure, there are few cases to apply structural health monitoring (SHM) system in practice. The impedance-based SHM is a kind of local SHM techniques and to date, numerous techniques and algorithms have been proposed for local SHM of real-scale structures. However, it still requires a significant challenge for practical applications to compensate unknown environmental effects and to extract only damage features from impedance signals. In this study, the impedance-based SHM was carried out on a 1/20-scaled model of an Uldolmok current power plant structure under changes in temperature and transverse loadings. Principal component analysis (PCA) was applied using conventional damage index to eliminate principal components sensitive to environmental change. It was found that the proposed PCA-base approach is an effective tool for long-term SHM under significant environmental changes.
GPS has become an established technique in structural health monitoring. This paper presents the application of an on-line GPS RTK system on the Zhujiang Huangpu Bridge (China) for monitoring bridge deck and towers movements. In this study, both the form and functions of movements of the deck and towers of the bridge under affecting loads were monitored in lateral, longitudinal and vertical directions. Such movements were described in time and frequency domains by determining the trend, torsion, periodical of the series using probability density function (PDF). The results of the time series GPS data are practical and useful to bridge health monitoring.
A new output only modal analysis method is developed in this paper. This method uses continuous wavelet transform to modify a popular blind source separation algorithm, second order blind identification (SOBI). The wavelet modified SOBI (WMSOBI) method replaces original time domain signal with selected time-frequency domain wavelet coefficients, which overcomes the shortcomings of SOBI. Both numerical and experimental studies on bridge models are carried out when there are limited number of sensors. Identified modal properties from WMSOBI are analyzed and compared with fast Fourier transform (FFT), SOBI and eigensystem realization algorithm (ERA). The comparison shows WMSOBI can identify as many results as FFT and ERA. Further case study of structural health monitoring (SHM) on an arch bridge verifies the capability to detect damages by combining WMSOBI with incomplete flexibility difference method.
Infrastructure facilities contain various pipe systems, which can be considerably damaged by external loads such as earthquakes. Therefore, structural health monitoring (SHM) and safety assessment of pipes are crucial. Digital twin technology for SHM of pipes is important in the industry. This study proposes a digital twin system that estimates the behavior, stress, and external load of real-scale pipes in real time under simultaneous seismic and external loads using a minimum number of sensors. Vibration tests were performed to construct the digital twin system, and a numerical model was developed that considered the dynamic characteristics of a target pipe. Moreover, a reduced-order modeling technique of a numerical model was applied to enhance its real-time performance. The digital twin system successfully estimated the response of the pipe at all points. Verification of the digital twin system was performed by comparing it with the experimental parameters of a real-scale pipe. The proposed digital twin system can help enhance SHM and system's maintenance.
Gattulli, Vincenzo;Lepidi, Marco;Potenza, Francesco
Structural Monitoring and Maintenance
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v.3
no.1
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pp.71-90
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2016
The paper reports a wide overview of the scientific activities on Structural Health Monitoring (SHM) in Italy. They are classified on three different conceptual scales: national territory (macro); regional area (medium); single structure (small). In the latter case differences have been pointed out between permanent installation and short-term experimental campaigns. A particular focus has been dedicated to applications devoted to cultural heritage which have an important historic, strategic and economic value for Italy. Two specific cases, the first related to the permanent monitoring of an historical Basilica and the second regarding the dynamic testing of a modern structure, have been presented as a basis for a general discussion.
Kim, Ji-Young;Kim, Ju-Yeon;Yu, Eun-Jong;Kim, Dae-Young
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2010.04a
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pp.687-691
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2010
구조물의 건전도를 평가하기 위해 상시 구조물 계측을 이용한 Structural Health Monitoring (SHM) 시스템을 적용하게 된다. SHM 시스템의 궁극적 목적은 계측된 데이터를 이용하여 구조물의 손상위치 및 손상정도를 분석하여 거주자에게 유지관리정보와 대처요령 신속하게 제공하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 구조물의 손상탐지를 위해 인공신경망(Artificial Neural Network)을 도입한 알고리즘을 수립하고, 이를 3층 실대 RC Mock-up 구조물에 적용하여 성능을 평가하였다. 먼저 인공신경망의 학습을 위해 구조해석 프로그램을 이용하여 구조물의 손상에 따른 동적특성 변화 데이터베이스를 구축하였다. 그리고 학습된 인공망에 실제 구조물에서 추출한 동특성의 변화를 입력하여 손상탐지를 실시하였다. 이를 통해 인공신경망의 학습방법, 학습데이터의 정규화 방법 등을 규명하고 인공신경망을 이용한 손상탐지의 효과를 분석하였다.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.12
no.3
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pp.32-38
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2020
The deployment of geographically distributed wireless sensors has greatly elevated the capability of monitoring structural health in social-overhead capital (SOC) public infrastructures. This paper deals with the utilization of a distributed mobility management (DMM) approach for the deployment of wireless sensing devices in a structural health monitoring system (SHM). Then, a wireless sensing mechanism utilizing low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH)-based clustering algorithm for smart sensors has been analyzed to support the seamless data transmission of structural health information which is essentially important to guarantee public safety. The clustering of smart sensors will be able to provide real-time monitoring of structural health and a filtering algorithm to boost the transmission of critical information over heterogeneous wireless and mobile networks.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.4
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pp.1-8
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2016
Recently, buildings tend to be large size, complex shape and functional. As the size of buildings is becoming massive, the need for structural health monitoring(SHM) technique is ever-increasing. Various SHM techniques have been studied for buildings which have different dynamic characteristics and are influenced by various external loads. Generally, the visual inspection and non-destructive test for an accessible point of structures are performed by experts. But nowadays, the system is required which is online measurement and detect risk elements automatically without blind spots on structures. In this study, in order to consider the response of non-linear structures, proposed a signal feature extraction and the adaptive threshold setting algorithm utilized to determine the abnormal behavior by using statistical methods such as control chart, root mean square deviation, generalized extremely distribution. And the performance of that was validated by using the acceleration response of structures during earthquakes measuring system of forced vibration tests and actual operation.
Fiber Bragg grating (FBG) sensors are applied to structural health monitoring (SHM) in many areas due to their unique advantages such as ease of multiplexing and capability of absolute measurement. However, they are exposed to cyclic thermal load, generally in the temperature range of $-20^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$, in railways during a long-term SHM and the cyclic thermal load can affect the mechanical strength of FBGs. In this paper, the effects of both cyclic thermal load and the reflectivity of FBGs on the mechanical strength are investigated though tension tests of FBG specimens after they are aged in a thermal chamber with temperature changes in a range from $-20^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$ for 300 cycles. Results from tension tests reveal that the mechanical strength of FBGs decreases about 8% as the thermal cycle increases to 100 cycles; the mechanical strength then remains steady until 300 cycles. Otherwise, the mechanical strength of FBGs with reflectivity of 6dB (70%) and 10dB (90%) exhibits degradation values of about 6% and 12%, respectively, compared to that with reflectivity of 3dB (50%) at 300 cycles. SEM photos of the Bragg grating parts also show defects that cause their strength degradation. Consequently, it should be considered that mechanical strength of FBGs can be degraded by both thermal cycles and the reflectivity if the FBGs are exposed to repetitive thermal load during a long-term SHM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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