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.
Kaloop, Mosbeh R.;Hwang, Won Sup;Elbeltagi, Emad;Beshr, Ashraf;Hu, Jong Wan
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.3
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pp.347-359
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2019
This paper aims to evaluate the behavior of Dorim-Goh bridge in Seoul, Korea, under static and dynamic loads effects by ambient trucks. The prestressed concrete (PSC) girders and reinforcement concrete (RC) slab of the bridge are evaluated and assessed. A short period monitoring system is designed which comprises displacement, strain and accelerometer sensors to measure the bridge performance under static and dynamic trucks loads. The statistical analysis is used to assess the static behavior of the bridge and the wavelet analysis and probabilistic using Weibull distribution are used to evaluate the frequency and reliability of the dynamic behavior of the bridge. The results show that the bridge is safe under static and dynamic loading cases. In the static evaluation, the measured neutral axis position of the girders is deviated within 5% from its theoretical position. The dynamic amplification factor of the bridge girder and slab are lower than the design value of that factor. The Weibull shape parameters are decreased, it which means that the bridge performance decreases under dynamic loads effect. The bridge girder and slab's frequencies are higher than the design values and constant under different truck speeds.
Structural Health Monitoring System (SHMS) works as an efficient platform for monitoring the health status and performance deterioration of engineering structures during long-term service periods. The objective of its installation is to provide reasonable suggestions for structural maintenance and management, and therefore ensure the structural safety based on the information extracted from the real-time measured data. In this paper, the SHMS implemented on a world-famous kilometer-level cable-stayed bridge, named as Sutong Cable-stayed Bridge (SCB), is introduced in detail. The composition and core functions of the SHMS on SCB are elaborately presented. The system consists of four main subsystems including sensory subsystem, data acquisition and transmission subsystem, data management and control subsystem and structural health evaluation subsystem. All of the four parts are decomposed to separately describe their own constitutions and connected to illustrate the systematic functions. Accordingly, the main techniques and strategies adopted in the SHMS establishment are presented and some extension researches based on structural health monitoring are discussed. The introduction of the SHMS on SCB is expected to provide references for the establishment of SHMSs on long-span bridges with similar features as well as the implementation of potential researches based on structural health monitoring.
In this paper, to assess the performance of a multi-span simply supported RC bridge, the dynamic characteristics of the bridge were measured and determined by structural health monitoring and resilient assessment via operational modal analysis as well as FE modeling. Supporting finite element (FE) models were created and analyzed according to the design drawings. This study used 2D plane monitoring of locations of hole in the infill wall and used 3D health monitoring and resilient assessment. From the results of 3Dsymmetric frame, if the frame is unsymmetrical, the used model can lead to the reduction in the internal forces. The recommendations from this study is from some discrepancies observed between 2D and 3D models, if possible 3D model should be used in analyzing the real frames.
Ziyuan Fan;Qiao Huang;Yuan Ren;Qiaowei Ye;Weijie Chang;Yichao Wang
Smart Structures and Systems
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v.31
no.2
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pp.183-197
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2023
For long-span bridges with a structural health monitoring (SHM) system, environmental temperature-driven responses are proved to be a main component in measurements. However, anomalous structural behavior may be hidden incomplicated recorded data. In order to receive reliable assessment of structural performance, it is important to study therelationship between temperature and monitoring data. This paper presents an application of the cointegration based methodology to detect anomalies that may be masked by temperature effects and then forecast the temperature-induced deflection (TID) of long-span suspension bridges. Firstly, temperature effects on girder deflection are analyzed with fieldmeasured data of a suspension bridge. Subsequently, the cointegration testing procedure is conducted. A threshold-based anomaly detection framework that eliminates the influence of environmental temperature is also proposed. The cointegrated residual series is extracted as the index to monitor anomaly events in bridges. Then, wavelet separation method is used to obtain TIDs from recorded data. Combining cointegration theory with autoregressive moving average (ARMA) model, TIDs for longspan bridges are modeled and forecasted. Finally, in-situ measurements of Xihoumen Bridge are adopted as an example to demonstrate the effectiveness of the cointegration based approach. In conclusion, the proposed method is practical for actual structures which ensures the efficient management and maintenance based on monitoring data.
In this paper, through operational modal analysis and ambient vibration tests, the dynamic characteristics of a multi-span simply-supported reinforced concrete highway bridge deck was determined and the results were used to assess the quality of construction of the individual spans. Supporting finite element (FE) models were created and analyzed according to the design drawings. After carrying out the dynamic tests and extracting the modal properties of the deck, the quality of construction was relatively assessed by comparing the results obtained from all the tests from the individual spans and the FE results. A comparison of the test results among the different spans showed a maximum difference value of around 9.3 percent between the superstructure's natural frequencies. These minor differences besides the obtained values of modal damping ratios, in which the differences were not more than 5 percent, can be resulted from suitable performance, health, and acceptable construction quality of the bridge.
Aflatooni, Mehran;Chan, Tommy H.T;Thambiratnam, David P.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.2
no.3
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pp.199-211
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2015
The safety and performance of bridges could be monitored and evaluated by Structural Health Monitoring (SHM) systems. These systems try to identify and locate the damages in a structure and estimate their severities. Current SHM systems are applied to a single bridge, and they have not been used to monitor the structural condition of a network of bridges. This paper propose a new method which will be used in Synthetic Rating Procedures (SRP) developed by the authors of this paper and utilizes SHM systems for monitoring and evaluating the condition of a network of bridges. Synthetic rating procedures are used to assess the condition of a network of bridges and identify their ratings. As an additional part of the SRP, the method proposed in this paper can continuously monitor the behaviour of a network of bridges and therefore it can assist to prevent the sudden collapses of bridges or the disruptions to their serviceability. The method could be an important part of a bridge management system (BMS) for managers and engineers who work on condition assessment of a network of bridges.
Jang, Shinae;Jo, Hongki;Cho, Soojin;Mechitov, Kirill;Rice, Jennifer A.;Sim, Sung-Han;Jung, Hyung-Jo;Yun, Chung-Bangm;Spencer, Billie F. Jr.;Agha, Gul
Smart Structures and Systems
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v.6
no.5_6
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pp.439-459
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2010
Structural health monitoring (SHM) of civil infrastructure using wireless smart sensor networks (WSSNs) has received significant public attention in recent years. The benefits of WSSNs are that they are low-cost, easy to install, and provide effective data management via on-board computation. This paper reports on the deployment and evaluation of a state-of-the-art WSSN on the new Jindo Bridge, a cable-stayed bridge in South Korea with a 344-m main span and two 70-m side spans. The central components of the WSSN deployment are the Imote2 smart sensor platforms, a custom-designed multimetric sensor boards, base stations, and software provided by the Illinois Structural Health Monitoring Project (ISHMP) Services Toolsuite. In total, 70 sensor nodes and two base stations have been deployed to monitor the bridge using an autonomous SHM application with excessive wind and vibration triggering the system to initiate monitoring. Additionally, the performance of the system is evaluated in terms of hardware durability, software stability, power consumption and energy harvesting capabilities. The Jindo Bridge SHM system constitutes the largest deployment of wireless smart sensors for civil infrastructure monitoring to date. This deployment demonstrates the strong potential of WSSNs for monitoring of large scale civil infrastructure.
This paper presents some simple thinking on an age-old question that given a bridge of a certain span and loading, from the point of view of the structural efficiency, where should the bridge deck be positioned? Generally, this decision is made for other reasons than structural efficiency such as aesthetics and the analyst is often presented with a fait accompli. Using the recently invented Evolutional Structural Optimisation (ESO) method, it is possible to demonstrate that having the deck at different vertical locations can lead to a very different mass and shape for each structural form resembling cable-stayed and cable-truss bridges. By monitoring a performance index which is the function of stresses and volume of discretised finite elements, the best optimised structure can be easily determined and the bridge deck positioning problem can be efficiently solved without resorting to any complex analysis procedures.
To ensure the safety and functionality of a railroad bridge, maintaining the integrity of the bridge via continuous structural health monitoring is important. However, most structural integrity monitoring methods proposed to date are based on modal responses which require the extracting process and have limited availability. In this paper, the applicability of the existing damage identification method based on free-vibration reponses to time-domain deflection shapes due to moving train load is investigated. Since the proposed method directly utilizes the time-domain responses of the structure due to the moving vehicles, the extracting process for modal responses can be avoided, and the applicability of structural health evaluation can be enhanced. The feasibility of the presented method is verified via a numerical example of a simple plate girder bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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