Civil infrastructure, in both its construction and maintenance, represents the largest societal investment in this country, outside of the health care industry. Despite being the lifeline of US commerce, civil infrastructure has scarcely benefited from the latest sensor technological advances. Our future should focus on harnessing these technologies to enhance the robustness, longevity and economic viability of this vast, societal investment, in light of inherent uncertainties and their exposure to service and even extreme loadings. One of the principal means of insuring the robustness and longevity of infrastructure is to strategically deploy smart sensors in them. Therefore, the objective is to develop novel, durable, smart sensors that are especially applicable to major infrastructure and the facilities to validate their reliability and long-term functionality. In some cases, this implies the development of new sensing elements themselves, while in other cases involves innovative packaging and use of existing sensor technologies. In either case, a parallel focus will be the integration and networking of these smart sensing elements for reliable data acquisition, transmission, and fusion, within a decision-making framework targeting efficient management and maintenance of infrastructure systems. In this paper, prudent and viable sensor and health monitoring technologies have been developed and used in several large structural systems. Discussion will also include several practical bridge health monitoring applications including their design, construction, and operation of the systems.
In this paper, the acceptability of system identification results for health monitoring of instrumented bridges is addressed. This is conducted by comparing the confidence intervals of identified modal parameters for a bridge in California, namely Truckee I80/Truckee river bridge, with the change of these parameters caused by several damage scenarios. A challenge to the accuracy of the identified modal parameters involves consequences regarding the damage detection and health monitoring, as some of the identified modal information is essentially not useable for acquiring a reliable damage diagnosis of the bridge system. Use of strong motion data has limitations that should not be ignored. The results and conclusions underline these limitations while presenting the opportunities offered by system identification using strong motion data for better understanding and monitoring the health of bridge systems.
This paper analyses the data collected from the $2^{nd}$ Jindo Bridge, a cable-stayed bridge in Korea that is a structural health monitoring (SHM) international test bed for advanced wireless smart sensors network (WSSN) technology. The SHM system consists of a total of 70 wireless smart sensor nodes deployed underneath of the deck, on the pylons, and on the cables to capture the vibration of the bridge excited by traffic and environmental loadings. Analysis of the data is performed in both the time and frequency domains. Modal properties of the bridge are identified using the frequency domain decomposition and the stochastic subspace identification methods based on the output-only measurements, and the results are compared with those obtained from a detailed finite element model. Tension forces for the 10 instrumented stay cables are also estimated from the ambient acceleration data and compared both with those from the initial design and with those obtained during two previous regular inspections. The results of the data analyses demonstrate that the WSSN-based SHM system performs effectively for this cable-stayed bridge, giving direct access to the physical status of the bridge.
Composite bridges offer many advantages compared to current steel and aluminum bridges. This paper presents the results of a comprehensive on-going research program to develop innovative Diagnostic Prognostic System (DPS) and a structural evaluation of Composite Army Bridge (CAB) system. The DPS is founded on three technologies: optical fiber sensing, remote data transmission, and virtual testing. In developing this system, both laboratory and virtual test were used in different damage scenarios. Health monitoring with DPS entailed comparing live strain data to archived strained data in various bridge locations. For field repairs, a family of composite chords was subjected to simple ramp loads in search of ultimate strength. As such, composite bridge specimens showcased their strengths, heralded the viability of virtual testing, highlighted the efficacy of field repair, and confirmed the merits of health monitoring.
The Jiangyin Bridge is a suspension bridge with a main span of 1385 m over the Yangtze River in Jiangsu Province, China. Being the first bridge with a main span exceeding 1 km in Chinese mainland, it had been instrumented with a structural health monitoring (SHM) system when completed in 1999. After operation for several years, it was found with malfunction in sensors and data acquisition units, and insufficient sensors to provide necessary information for structural health evaluation. This study reports the SHM system upgrade project on the Jiangyin Bridge. Although implementations of SHM system have been reported worldwide, few studies are available on the upgrade of SHM system so far. Recognizing this, the upgrade of original SHM system for the bridge is first discussed in detail. Especially, lessons learned from the original SHM system are applied to the design of upgraded SHM system right away. Then, performance assessment of the bridge, including: (i) characterization of temperature profiles and effects; (ii) recognition of wind characteristics and effects; and (iii) identification of modal properties, is carried out by making use of the long-term monitoring data obtained from the upgraded SHM system. Emphasis is placed on the verification of design assumptions and prediction of bridge behavior or extreme responses. The results may provide the baseline for structural health evaluation.
This article describes the development of a fiber optic accelerometer based on Fiber Bragg Gratings (FBG). The accelerometer utilizes the stiffness of the optical fiber and a lumped mass in the design. Acceleration is measured by the FBG in response to the vibration of the fiber optic mass system. The wavelength shift of FBG is proportional to the change in acceleration, and the gauge factor pertains to the shift in wavelength as a function of acceleration. Low frequency version of the accelerometer was developed for applications in monitoring bridges. The accelerometer was first evaluated in laboratory settings and then employed in a demonstration project for condition assessment of a bridge. Laboratory experiments involved evaluation of the sensitivity and resolution of measurements under a series of low frequency low amplitude conditions. The main feature of this accelerometer is single channel multiplexing capability rendering the system highly practical for application in condition assessment of bridges. This feature of the accelerometer was evaluated by using the system during ambient vibration tests of a bridge. The Frequency Domain Decomposition method was employed to identify the mode shapes and natural frequencies of the bridge. Results were compared with the data acquired from the conventional accelerometers.
The hinge joint is the key to the overall cooperative working performance of the assembled beam bridge, and it is also the weakest part during the service period. This paper proposes a method for monitoring and evaluating the lateral cooperative working performance of fabricated beam bridges based on dynamic strain correlation coefficient indicator. This method is suitable for monitoring and evaluation of hinge joints status between prefabricated girders and overall cooperative working performance of bridge, without interruption of traffic and easy implementation. The remote cloud monitoring and diagnosis system was designed and implemented on a real assembled beam bridge. The algorithms of data preprocessing, online indicator extraction and status diagnosis were given, and the corresponding software platform and scientific computing environment for cloud operation were developed. Through the analysis of real bridge monitoring data, the effectiveness and accuracy of the method are proved and it can be used in the health monitoring system of such bridges.
DuraMote is a remote sensing system developed for the "NIST TIP project: next generation SCADA for prevention and mitigation of water system infrastructure disaster". It is designed for supervisory control and data acquisition (SCADA) of ruptures in water pipes. Micro-electro mechanical (MEMS) accelerometers, which record the vibration of the pipe wall, are used detect the ruptures. However, the performance of Duramote cannot be verified directly on a water distribution system because it lacks an acceptable recordable level of ambient vibration. Instead, a long-span cable-stayed bridge is an ideal test-bed to validate the accuracy, the reliability, and the robustness of DuraMote because the bridge has an acceptable level of ambient vibration. The acceleration data recorded on the bridge were used to identify the modal properties of the structure and to verify the performance of DuraMote. During the test period, the bridge was subjected to heavy rain, wind, and a typhoon but the system demonstrates its robustness and durability.
Strauss, Alfred;Wendner, Roman;Frangopol, Dan M.;Bergmeister, Konrad
Smart Structures and Systems
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v.9
no.1
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pp.1-20
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2012
In bridge engineering, maintenance strategies and thus budgetary demands are highly influenced by construction type and quality of design. Nowadays bridge owners and planners tend to include life-cycle cost analyses in their decision processes regarding the overall design trying to optimize structural reliability and durability within financial constraints. Smart permanent and short term monitoring can reduce the associated risk of new design concepts by observing the performance of structural components during prescribed time periods. The objectives of this paper are the discussion and analysis of influence line or influence field approaches in terms of (a) an efficient incorporation of monitoring information in the structural performance assessment, (b) an efficient characterization of performance indicators for the assessment of structures, (c) the ability of optimizing the positions of sensors of a monitoring system, and (d) the ability of checking the robustness of the monitoring systems applied to a structure. The proposed influence line- model correction approach has been applied to an integrative monitoring system that has been installed for the performance assessment of an existing three-span jointless bridge.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.04a
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pp.830-834
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2013
This study presents a method to monitor cable force of a long-span cable-stayed bridge using a smart piezoelectric sensor system. The following approaches are implemented in order to achieve the objective. Firstly, the method to utilize piezoelectric materials for the health monitoring of stay cables is presented. For strain measurement of a stay cable, a PZT-embedded smart skin is designed to overcome the difficulties of bonding PZT sensors directly on stay cables. Secondly, a piezoelectric strain monitoring system for stay cables is designed. For the operation of the sensor board, the Imote2 sensor platform is used to provide the computation, wireless communication and power supply units. The feasibility of the proposed monitoring system is then evaluated on a full-scale cable of a cable-stayed bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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