This paper presents the solution scheme of using the continuous formulation of 1-D linear member for the dynamic analysis of structures consisting of axially loaded members. The context describes specific applications of such scheme to the verification of experimental data obtained from field test of bridges carried out by a microwave interferometer system and velocimeters. Attention is focused on analysis outlines that may be applicable to in-situ assessment for cable-stayed bridges. The derivation of the dynamic stiffness matrix of a prismatic member with distributed properties is briefly reviewed. A back calculation formula using frequencies of two arbitrary modes of vibration is next proposed to compute the tension force in cables. Derivation of the proposed formula is based on the formulation of an axially loaded flexural member. The applications of the formulation and the proposed formula are illustrated with a series of realistic examples.
This paper begins by analyzing cable vibrations due to external excitations and their effects on the overall dynamic behavior of cable-stayed bridges. It is concluded that if the natural frequency of a cable approaches any natural frequency of the bridge, the cable loses its rigidity and functionality. The results of this analysis explain the phenomenon that occurred on the Dubrovnik Bridge in Croatia during a storm and measures for its retrofit. A field test was conducted before the bridge was opened to traffic. It was concluded: "The Bridge excited unpleasant transverse superstructure vibration with the frequency of approximately 0.470 Hz. Hence, it seems possible that a pair of stays vibrating in phase may excite deck vibrations". Soon after this Bridge opened, a storm dumped heavy damp snow in the area, causing the six longest cable stay pairs of the main span to undergo large-amplitude vibrations, and the superstructure underwent considerable displacements in combined torsion-sway and bending modes. This necessitated rehabilitation measures for the Bridge including devices to suppress the large-amplitude vibrations of cables. The rehabilitation and monitoring of the Bridge are also presented here.
Microwave remote sensing is probably the most recent experimental technique suitable to the non-contact measurement of deflections on large structures, in static or dynamic conditions. In the first part of the paper, the main techniques adopted in microwave remote sensing are described, so that advantages and potential issues of these techniques are presented and discussed. Subsequently, the paper addresses the application of the radar technology to the measurement of the vibration response on the stay cables of two cable-stayed bridges. The dynamic tests were performed in operational conditions (i.e. with the excitation being mainly provided by micro-tremors, wind and traffic) and the maximum deflections of the cables were generally lower than 5.0 mm. The investigation clearly highlights: (a) the safe and simple use of the radar on site and its effectiveness to simultaneously measure the dynamic response of all the stay cables of an array; (b) the negligible effects of the typical issues and uncertainties that might affect the radar measurements; (c) the accuracy of the results provided by the microwave remote sensing in terms of natural frequencies and tension forces of the stay cables; (d) the suitability of microwave interferometry to the repeated application within Structural Health Monitoring programmes.
Mechanical dampers have been proved to be one of the most effective countermeasures for vibration mitigation of stay cables in various cable-stayed bridges over the world. However, for long stay cables, as the installation height of the damper is restricted due to the aesthetic concern, using passive dampers alone may not satisfy the control requirement of the stay cables. In this connection, semi-active MR dampers have been proposed for the vibration mitigation of long stay cables. Although various studies have been carried out on the implementation of MR dampers on stay cables, the optimal damping performance of the cable-MR damper system has yet to be evaluated. Therefore, this paper aims to investigate the effectiveness of MR damper as a semi-active control device for the vibration mitigation of stay cable. The mathematical model of the MR damper will first be established through a performance test. Then, an efficient semi-active control strategy will be derived, where the damping of MR damper will be tuned according to the dynamic characteristics of stay cable, in order to achieve optimal damping of cable-damper system. Simulation study will be carried out to verify the proposed semi-active control algorithm for suppressing the cable vibrations induced by different loading patterns using optimally tuned MR damper. Finally, the effectiveness of MR damper in mitigating multi modes of cable vibration will be examined theoretically.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.57-64
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2004
Stay cables, such as are used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Several methods have been proposed and implemented to mitigate this problem, though each has its limitations. Recently some studies have shown that semiactive dampers can potentially achieve performance levels nearly the same as comparable active devices with few of the detractions. This paper presents the results of a study to evaluate the performance of semiactive dampers for mitigating the vibration of stay cables. Moreover, a number of recently proposed semiactive control algorithms are formulated for use with shear mode MR damper to compare the efficiency of each algorithm through numerical simulation. Numerical simulation considers a stay cable excited by shaker and controlled by shear mode MR dampers. In simulation, the response with a semiactive damper is found to be dramatically reduced compared to the uncontrolled case. Furthermore, it is verified that the algorithm based on Lyapunov control theory is very efficient in mitigating the cable vibration.
In the last decades there have been frequent reports of oscillations of slender tension members under simultaneous action of rain and wind - characterized by large amplitudes and low frequencies. The members, e.g. cables of cable-stayed bridges, slightly inclined hangers of arch bridges or cables of guyed-masts, show a circular cross section and low damping. These rain-wind induced vibrations negatively affect the serviceability and the lifespan of the structures. The present article gives a short literature review, describes a mathematical approach for the simulation of rain-wind induced vibrations, sums up some examples to verify the calculated results and discusses measures to suppress the vibrations.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.121-126
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2002
In a recent construction industry, cable supported structures such as a cable-stayed bridge or space stadium have been increasingly constructed. Generally the stay cables as a critical member should be adjusted to be satisfied with the design tension forces. In this purpose, a vibration method has been applied to estimate the tension forces exerted to the existing stay cables. In this study, cable vibration tests were carried out to estimate the cable tension forces comparing with theoretical and practical formulas. From the measured frequencies obtained from free vibration and impulsive tests, the accuracy of 1he estimated tension forces is confirmed according to use only the first single mode or higher multiple modes.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.12
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pp.956-963
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2002
In a recent construction industry, cable supported structures such as a cable-stayed bridge or space stadium have been increasingly constructed according to rapidly upgrade their related technologies. Generally stay cables as a critical member need to be rearranged for being satisfied with design tension forces. In this purpose, a vibration method has been applied to estimate the tension forces exerted on existing stay cables. In this study, cable vibration tests were tarried out to evaluate the cable tension forces comparing with theoretical and practical formulas. Using the measured frequencies obtained from free vibration and Impulsive tests, an accuracy of the estimated tension forces is confirmed according to use the first single mode only or higher multiple modes.
The Dongting Lake Bridge is a cable-stayed bridge crossing the Dongting Lake where it meets the Yangtze River in southern central China. Several intensive wind-rain induced vibrations had been observed since its open to traffic in 1999. To investigate the possibility of using MR damping systems to reduce cable vibration, a series of field tests were conducted. Based on the promising research results, MR damping system was installed on the longest 156 stay cables of Dongting Lake Bridge in June 2002, making it the worlds first application of MR dampers on cable-stayed bridge to suppress the wind-rain induced cable vibration. As a visible and permanent aspect of the bridge, the MR damping system must be aesthetically pleasing, reliable, durable, easy to maintain, as well as effective in vibration mitigation. Substantial work was done to meet these requirements. This paper describes field tests and the implementation of MR damping systems for cable vibration reduction. Three-years reliable service of this system proves its durability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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