Recently, numbers of long span pedestrian suspension bridges have been constructed worldwide. While recent tragedies regarding pedestrian suspension bridges have shown how these bridges can wreak havoc on the society, there are no specific guidelines for construction standards nor safety inspections yet. Therefore, a structural health monitoring system that could help ensure the safety of pedestrian suspension bridges are needed. System identification is one of the popular applications for structural health monitoring method, which estimates the dynamic system. Most of the system identification methods for bridges are currently adapting output-only system identification method, which assumes the dynamic load to be a white noise due to the difficulty of measuring the dynamic load. In the case of pedestrian suspension bridges, the pedestrian load is within specific frequency range, resulting in large errors when using the output-only system identification method. Therefore, this study aims to develop a system identification method for pedestrian suspension bridges considering both input and output of the dynamic system. This study estimates the location and the magnitude of the pedestrian load, as well as the dynamic response of the pedestrian bridges by utilizing artificial intelligence and computer vision techniques. A simulation-based validation test was conducted to verify the performance of the proposed system. The proposed method is expected to improve the accuracy and the efficiency of the current inspection and monitoring systems for pedestrian suspension bridges.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.4
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pp.120-130
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2019
In this study, based on the correlation between traffic volume data and vertical displacement data developed in previous research using the bridge maintenance big data of 2006, the vertical displacement estimation model using the traffic volume data of Gwangan Bridge for 10 years A comparison of the performance of the developed model with the current applicability is presented. The present applicability of the developed model is analyzed that the estimated displacement is similar to the actual displacement and that the displacement estimation performance of the model based on the structured regression analysis and the principal component analysis is not significantly different from each other. In conclusion, the vertical displacement estimation model using the traffic volume data developed by this study can be effectively used for the analysis of the behavior according to the traffic load of Gwangan Bridge.
A framework for structural health monitoring (SHM) systems is presented utilizing a recent 3.5 generation mobile telecommunication technology, HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). It may be effectively applied to monitoring bridges, cut-slopes, and other facilities located in rural areas where the conventional Internet service is not readily available, since HSDPA is currently commercialized in 86 countries to make the Internet access possible in anywhere the mobile phone service is available. The proposed SHM framework is also incorporating remote desktop software to have remote control/operation of the SHM systems. The feasibility of the proposed framework has been demonstrated by field tests on a highway bridge in operation. One can expect that fast advances in the mobile telecommunication technology will further enhance the performance of the SHM network using the proposed framework for bridges and other facilities located in remote areas without the conventional wired Internet service.
In this paper, an adaptive MEMD based modal identification technique for linear time-invariant systems is proposed employing multiple vibration measurements. Traditional empirical mode decomposition (EMD) suffers from mode-mixing during sifting operations to identify intrinsic mode functions (IMF). MEMD performs better in this context as it considers multi-channel data and projects them into a n-dimensional hypercube to evaluate the IMFs. Using this technique, modal parameters of the structural system are identified. It is observed that MEMD has superior performance compared to its traditional counterpart. However, it still suffers from mild mode-mixing in higher modes where the energy contents are low. To avoid this problem, an adaptive filtering scheme is proposed to decompose the interfering modes. The Proposed modified scheme is then applied to vibrations of a reinforced concrete road bridge. Results presented in this study show that the proposed MEMD based approach coupled with the filtering technique can effectively identify the parameters of the dominant modes present in the structural response with a significant level of accuracy.
Masonry arch bridges present a large segment of Iranian railway bridge stock. The ever increasing trend in traffic requires constant health monitoring of such structures to determine their load carrying capacity and life expectancy. In this respect, the performance of one of the oldest masonry arch bridges of Iranian railway network is assessed through field tests. Having a total of 11 sensors mounted on the bridge, dynamic tests are carried out on the bridge to study the response of bridge to test train, which is consist of two 6-axle locomotives and two 4-axle freight wagons. Finite element model of the bridge is developed and calibrated by comparing experimental and analytical mid-span deflection, and verified by comparing experimental and analytical natural frequencies. Analytical model is then used to assess the possibility of increasing the allowable axle load of the bridge to 25 tons. Fatigue life expectancy of the bridge is also assessed in permissible limit state. Results of F.E. model suggest an adequacy factor of 3.57 for an axle load of 25 tons. Remaining fatigue life of Veresk is also calculated and shown that a 0.2% decrease will be experienced, if the axle load is increased from 20 tons to 25 tons.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.521-528
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2003
This paper presents the results of a cooperative research on remote parallel pseudo-dynamic testing on a base-isolated bridge with multiple piers using Internet between KAIST, Korea and Kyoto Univ., Japan. Experimental facilities located at two institutions were parallelly used to test the nonlinear behavior of the base-isolators. Two data communication schemes for parallel tests were developed and the performance is compared. The results indicate that the elapsed time may vary widely depending on the data communication and testing schemes : i.e. 1-25sec for each time step. But it is fairly comparable with the time required for pseudo-dynamic testing. The testing method can become more powerful, as the data communication and monitoring techniques through Internet improve further.
With the help of advanced image acquisition and processing technology, the vision-based measurement methods have been broadly applied to implement the structural monitoring and condition identification of civil engineering structures. Many noncontact approaches enabled by different digital image processing algorithms are developed to overcome the problems in conventional structural dynamic displacement measurement. This paper presents three kinds of image processing algorithms for structural dynamic displacement measurement, i.e., the grayscale pattern matching (GPM) algorithm, the color pattern matching (CPM) algorithm, and the mean shift tracking (MST) algorithm. A vision-based system programmed with the three image processing algorithms is developed for multi-point structural dynamic displacement measurement. The dynamic displacement time histories of multiple vision points are simultaneously measured by the vision-based system and the magnetostrictive displacement sensor (MDS) during the laboratory shaking table tests of a three-story steel frame model. The comparative analysis results indicate that the developed vision-based system exhibits excellent performance in structural dynamic displacement measurement by use of the three different image processing algorithms. The field application experiments are also carried out on an arch bridge for the measurement of displacement influence lines during the loading tests to validate the effectiveness of the vision-based system.
To properly extract the strain components under varying operational conditions is very important in bridge health monitoring. The abnormal sensor readings can be correctly identified and the expected operational performance of the bridge can be better understood if each strain components can be accurately quantified. In this study, strain components under varying load conditions, i.e., temperature variation and live-load variation are evaluated based on field strain measurements collected from a real concrete box-girder bridge. Temperature-induced strain is mainly regarded as the trend variation along with the ambient temperature, thus a smoothing technique based on the wavelet packet decomposition method is proposed to estimate the temperature-induced strain. However, how to effectively extract the vehicle-induced strain is always troublesome because conventional threshold setting-based methods cease to function: if the threshold is set too large, the minor response will be ignored, and if too small, noise will be introduced. Therefore, an autoencoder framework is proposed to evaluate the vehicle-induced strain. After the elimination of temperature and vehicle-induced strain, the left of which, defined as the model error, is used to assess the operational performance of the bridge. As empirical techniques fail to detect the degraded state of the structure, a clustering technique based on Gaussian Mixture Model is employed to identify the damage occurrence and the validity is verified in a simulation study.
High performance concrete (HPC) has been extensively used in thin overlay for repair purpose due to its excellent strength and durability. This paper presents an experiment, where the sensor-instrumented HPC overlays have been followed by dynamic strain and moisture content monitoring for 1 year, under normal traffic. The vibrating wire and soil moisture sensors were embedded in overlay before construction. Four given HPC mixes (2 original mixes and their shrinkage-modified mixes) were used for overlays to contrast the strain and moisture results. A calibration method to accurately measure the moisture content for a given concrete mixture using soil moisture sensor was established. The monitoring results indicated that the modified mixes performed much better than the original mixes in shrinkage cracking control. Weather condition and concrete maturity at early age greatly affected the strain in concrete. The strain in HPC overlay was primarily in longitudinal direction, leading to transverse cracks. Additionally, the most moisture loss in concrete occurred at early age. Its rate was very dependent on weather. After one year, cracking survey was carried out by vision to verify the strain direction and no cracks observed in shrinkage modified mixes.
The idea of using measured dynamic characteristics for damage detection is attractive because it allows for a global evaluation of the structural health and condition. However, vibration-based damage detection for complex structures such as long-span cable-supported bridges still remains a challenge. As a suspension or cable-stayed bridge involves in general thousands of structural components, the conventional damage detection methods based on model updating and/or parameter identification might result in ill-conditioning and non-uniqueness in the solution of inverse problems. Alternatively, methods that utilize, to the utmost extent, information from forward problems and avoid direct solution to inverse problems would be more suitable for vibration-based damage detection of long-span cable-supported bridges. The auto-associative neural network (ANN) technique and the probabilistic neural network (PNN) technique, that both eschew inverse problems, have been proposed for identifying and locating damage in suspension and cable-stayed bridges. Without the help of a structural model, ANNs with appropriate configuration can be trained using only the measured modal frequencies from healthy structure under varying environmental conditions, and a new set of modal frequency data acquired from an unknown state of the structure is then fed into the trained ANNs for damage presence identification. With the help of a structural model, PNNs can be configured using the relative changes of modal frequencies before and after damage by assuming damage at different locations, and then the measured modal frequencies from the structure can be presented to locate the damage. However, such formulated ANNs and PNNs may still be incompetent to identify damage occurring at the deck members of a cable-supported bridge because of very low modal sensitivity to the damage. The present study endeavors to enhance the damage identification capability of ANNs and PNNs when being applied for identification of damage incurred at deck members. Effort is first made to construct combined modal parameters which are synthesized from measured modal frequencies and modal shape components to train ANNs for damage alarming. With the purpose of improving identification accuracy, effort is then made to configure PNNs for damage localization by adapting the smoothing parameter in the Bayesian classifier to different values for different pattern classes. The performance of the ANNs with their input being modal frequencies and the combined modal parameters respectively and the PNNs with constant and adaptive smoothing parameters respectively is evaluated through simulation studies of identifying damage inflicted on different deck members of the double-deck suspension Tsing Ma Bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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