In this paper, wireless health monitoring of stay cables using piezoelectric strain sensors and a smart skin technique is presented. For the cables, tension forces are estimated to examine their health status from vibration features with consideration of temperature effects. The following approaches are implemented to achieve the objective. Firstly, the tension force estimation utilizing the piezoelectric sensor-embedded smart skin is presented. A temperature correlation model to recalculate the tension force at a temperature of interest is designed by correlating the change in cable's dynamic features and temperature variation. Secondly, the wireless health monitoring system for stay cables is described. A piezoelectric strain sensor node and a tension force monitoring software which is embedded in the sensor are designed. Finally, the feasibility of the proposed monitoring technique is evaluated on stay cables of the Hwamyung Grand Bridge in Busan, Korea.
This paper introduces an approach to the realization of an ICT-based bridge remote monitoring system that enables real-time monitoring and controlled adjustments for unexpected heavy loads and also for damaging earthquakes or typhoons. In this paper, an integrated bridge remote monitoring system called the "Intelligent Bridge", which consists of a stand-alone monitoring system (SMS) and a web-based Internet monitoring system(IMS), was developed for not only bridge maintenance but also as an application for a para-stressing bridge system. To verify the possibility of controlling the actual structural performance of an "Intelligent Bridge", a model 2-span continuous cable-stayed bridge with adjustable cables was constructed. The experimental results demonstrate that the implemented monitoring system supplies detailed and accurate information about bridge behaviour for further evaluation and diagnosis, and it also opens up prospects for future application of a web-based remote system to actually adjust in-service bridges under field conditions.
Kim, Nam-Sik;Park, Dong-Uk;Park, Yong-Myung;Cheung, Jin-Hwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.3
s.55
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pp.1-10
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2007
In general, the tension forces of hanger cable in suspension bridges play an important role in evaluating the bridge conditions. The vibration method, as a conventional one, has been widely applied to estimate the tension forces by using the measured frequencies on hanger cables. However, the vibration method is not applicable to short hanger cables because the fiequencies of short cables are severely sensitive to flexural rigidity. Thus, in this study, the tension forces of short hanger cables, of which the length is shorter than 10 meters, were estimated through back analysis of the cable fiequencies measured from Gwang-An suspension bridge in Korea. Direct approach to back analysis is adopted using the univariate method among the direct search methods as an optimization technique. The univariate method is able to search the optimal tension forces without regard to the initial ones and has a rapid convergence rate. To verify the feasibility of back analysis, the results from back analysis and vibration method are compared with the design tension forces. From the comparison, it can be inferred that back analysis results are more reasonable agreement with the design tension forces of short hanger cable. Therefore, it is concluded that back analysis applied in this study is an appropriate tool for estimating tension forces of short hanger cables.
Precast R.C. slabs are being used widely for the construction of bridge structures due to their simplicity in construction processes. However, one of the disadvantages in precast R.C. slabs is the existence of transverse joints between two precast slabs. The transverse joints are structurally fragile and the task of strengthening the joints is difficult one due to their structural discontinuity. The aim of this study was to improve the behavior of transverse joints between precast R.C. slabs by introducing prestress with external cables. Three steel-concrete composite bridge specimens, which were prestressed with the external cables anchored on steel girders, were fabricated in the laboratory. Both pretension and post-tension methods were applied to introduce prestressing on the concrete slab with a straight tendon arrangement. Static tests were conducted at service load and ultimate load test was performed to evaluate punching shear capacity of the transverse joint. In this paper, two prestressing methods were tested and their effects were evaluated with respect to the elastic behavior and ultimate loading capacity of the transverse joints.
In this study, a partially earth-anchored cable system is studied in order to reduce the dynamic wind response of cable-stayed bridges. The employment of earth-anchored cables changes the dynamic characteristics of cable-stayed bridges under wind loads. In order to estimate the changes in the member forces, the spectral analysis for wind buffeting loads are performed and the peak responses are evaluated using 3-D finite element models of the three-span cable-stayed bridges with the partially earth-anchored cable system and with the self-anchored cable system, respectively. Comparing the results for the two different models, it is found that the earth-anchored cables affect longitudinal and vertical modes of the bridge. The changes of the natural frequencies for the longitudinal modes remarkably decrease the peak bending moment in the pylon and the movements at the expansion joints. The small changes of the natural frequencies for the vertical modes slightly increase bending moments and deflections in the girder. The original effects of the partially earth-anchored cable system are also shown under wind loads; the decrement of girder axial forces and bearing uplifting forces, and the increment of cable forces in the earth-anchored cables.
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 paper analyses crossbonded cable system underneath a bridge. The simulation is performed under various system configuration such as cable length, iron frame size, lightning surge. The simulation models are established by EMTP/ATPDRraw. In this paper, the crossboneded cable system underneath a bridge is also analyzed for insulation coordination of iron frame and cables.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.187-194
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2003
This paper presents an energy method for the analysis of the in-plane ultimate load capacity of cable-stayed bridges considering deck and pylon connection. The potential energy of the whole bridge, including bridge deck, stayed cables, and pylons, and the work done by external loads are considered in the development of the bridge energy equation. Both geometric and material nonlinearities are taken into account in the analysis. The method is simple to use and has a high convergence rate.
To investigate the seismic performance of long-span partially earth-anchored cable-stayed bridge, a super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridge scheme with main span of 1400m is taken as example, structural response of the bridge under E1 seismic action is investigated numerically by the multimode seismic response spectrum and time-history analysis, seismic behavior and also the effect of structural geometric nonlinearity on the seismic responses of super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges are revealed. The seismic responses are also compared to those of a fully self-anchored cable-stayed bridge with the same main span. The effects of structural parameters including the earth-anchored girder length, the girder width, the girder depth, the tower height to span ratio, the inclination of earth-anchored cables, the installation of auxiliary piers in the side spans and the connection between tower and girder on the seismic responses of partially ground-anchored cable-stayed bridges are investigated, and their reasonable values are also discussed in combination with static performance and structural stability. The results show that the horizontal seismic excitation produces significant seismic responses of the girder and tower, the seismic responses of the towers are greater than those of the girder, and thus the tower becomes the key structural member of seismic design, and more attentions should be paid to seismic design of these sections including the tower bottom, the tower and girder at the junction of tower and girder, the girder at the auxiliary piers in side spans; structural geometric nonlinearity has significant influence on the seismic responses of the bridge, and thus the nonlinear time history analysis is proposed to predict the seismic responses of super long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges; as compared to the fully self-anchored cable-stayed bridge with the same main span, several stay cables in the side spans are changed to be earth-anchored, structural stiffness and natural frequency are both increased, the seismic responses of the towers and the longitudinal displacement of the girder are significantly reduced, structural seismic performance is improved, and therefore the partially earth-anchored cable-stayed bridge provides an ideal structural solution for super long-span cable-stayed bridges with kilometer-scale main span; under the case that the ratio of earth-anchored girder length to span is about 0.3, the wider and higher girder is employed, the tower height-to-span ratio is about 0.2, the larger inclination is set for the earth-anchored cables, 1 to 2 auxiliary piers are installed in each of the side spans and the fully floating system is employed, better overall structural performance is achieved for long-span partially earth-anchored cable-stayed bridges.
Probabilistic risk assessment was conducted on a hybrid cable-stayed bridge consisting of a steel-composite plate girder and a concrete girder with a long span, designed using the working stress design and strength design methods. The component reliabilities of the bridge's cables, pylons, girders, and steel-concrete conjunction were evaluated using the AFOSM(Advanced First Order Second Moment) algorithm and the simulation technique at the critical sections, based on the maximum axial force, shear, and positive and negative moments of the selected sections. For the analysis of system reliability, the hybrid cable-stayed bridge consisting of cables, pylons, and plate girders was modeled into combined failure modes, and for system reliability, the probabilities of failure and reliability index of the structural system were evaluated. Based on the results of this study, the critical failure modes of the hybrid cable-stayed bridge based on the bridge's structural characteristics are suggested, and the efficiency of the partial ETA technique for use in the risk assessment method was confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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