Ding, Youliang;Zhou, Guangdong;Li, Aiqun;Deng, Yang
Wind and Structures
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v.17
no.1
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pp.43-68
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2013
The fluctuating wind induced vibration is one of the most important factors which has been taken into account in the design of long-span bridge due to the low stiffness and low natural frequency. Field measurement characteristics of sustained wind on structure site can provide accurate wind load parameters for wind field simulation and structural wind resistance design. As a suspension bridge with 1490 m main span, the Runyang Suspension Bridge (RSB) has high sensitivity to fluctuating wind. The simultaneous and continuously wind environment field measurement both in mid-span and on tower top is executed from 2005 up to now by the structural health monitoring system installed on this bridge. Based on the recorded data, the wind characteristic parameters, including mean wind speed, wind direction, the turbulence intensity, the gust factors, the turbulence integral length, power spectrum and spatial correlation, are analyzed in detail and the coherence functions of those parameters are evaluated using statistical method in this paper. The results indicate that, the turbulence component of sustain wind is larger than extremely strong winds although its mean wind speed is smaller; the correlation between turbulence parameters is obvious; the power spectrum is special and not accord with the Simiu spectrum and von Karman spectrum. Results obtained in this study can be used to evaluate the long term reliability of the Runyang Suspension Bridge and provide reference values for wind resistant design of other structures in this region.
This study has been motivated to examine the performance of a wireless sensor system under the typhoons as well as to analyze the effect of the typhoons on the bridge's vibration responses and the variation of cable forces. During the long-term field experiment on a real cable-stayed bridge in years 2011-2012, the bridge had experienced two consecutive typhoons, Bolaven and Tembin, and the wireless sensor system had recorded data of wind speeds and vibration responses from a few survived sensor nodes. In this paper, the wireless structural health monitoring of stay cables under the two consecutive typhoons is presented. Firstly, the wireless monitoring system for cable-stayed bridge is described. Multi-scale vibration sensor nodes are utilized to measure both acceleration and PZT dynamic strain from stay cables. Also, cable forces are estimated by a tension force monitoring software based on vibration properties. Secondly, the cable-stayed bridge with the wireless monitoring system is described and its wireless monitoring capacities for deck and cables are evaluated. Finally, the structural health monitoring of stay cables under the attack of the two typhoons is described. Wind-induced deck vibration, cable vibration and cable force variation are examined based on the field measurements in the cable-stayed bridge under the two consecutive typhoons.
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.
Based on monitoring data collected from the Nanjing Dashengguan Bridge over the last five years, this paper systematically investigates the effects of temperature field and train loadings on the structural responses of this long-span high-speed railway bridge, and establishes the early warning thresholds for various structural responses. Then, some lessons drawn from the structural health monitoring system of this bridge are summarized. The main context includes: (1) Polynomial regression models are established for monitoring temperature effects on modal frequencies of the main girder and hangers, longitudinal displacements of the bearings, and static strains of the truss members; (2) The correlation between structural vibration accelerations and train speeds is investigated, focusing on the resonance characteristics of the bridge at the specific train speeds; (3) With regard to various static and dynamic responses of the bridge, early warning thresholds are established by using mean control chart analysis and probabilistic analysis; (4) Two lessons are drawn from the experiences in the bridge operation, which involves the lacks of the health monitoring for telescopic devices on the beam-end and bolt fractures in key members of the main truss.
Drastic changes in the water quality and phytoplankton community of the new Saemankeum Lakeduring the first decade following the construction of the Saemankeum Sea Wall has been considered to be unavoidable. Input of eutrophicated water through the Mankyeong River and Dongjin River might produce more direct effects on the water quality and phytoplankton community, which lead us to launch a long-term semi-weekly investigation at the "Mankyeong Bridge" monitoring point to resolve its short-term effect as well as long-term stabilization of the ecosystem in the new Saemankeum Lake. During 15 months starting from June 2006, the water temperature varied in accordance with the typical seasonal variations in temperate on the coasts, and no significant daily variations evoked by tidal cycle could be detected. However, there was an inverse relationship between seasonal precipitation and salinity even though the range in annual variation was drastically reduced right after the construction of the Saemankeum Sea Wall. Species richness in the phytoplankton community was also reduced due to the narrowed annual range of salinity, which would eliminate the mid-high salinity species from the Mankyeong Bridge monitoring point. Similarly, species diversity was decreased with increased dominance of the phytoplankton community after the construction. Between the two summer seasons during the present study, species diversity was higher in 2007 than in 2006, which might indicate the early stage of a gradual stabilization in the ecosystem including the phytoplankton community at the monitoring station. The phytoplankton community thus needs to be monitored on a long-term basis to identify indirect signals that can be used to assess the stability of the ecosystem in the young Saemankeum Lake.
Life-cycle performance analysis of a reinforced concrete box section bridge was generated. Moreover, Monte Carlo simulation with important sampling (IS) was used to simulate the bridge material and load uncertainties. The bridge deterioration model was generated with the basic probabilistic principles and updated according to the measurement data. A genetic algorithm (GA) with the response surface model (RSM) was used to determine the deterioration rate. The importance of health monitoring systems to sustain the bridge to give services economically and reliably and the advantages of fiber-optic sensors for SHM applications were discussed in detail. This study showed that the most effective loss of strength in reinforced concrete box section bridges is corrosion of the reinforcements. Due to reinforcement corrosion, the use of the bridge, which was examined, could not meet the desired strength performance in 25 years, and the need for reinforcement. In addition, it has been determined that long-term health monitoring systems are an essential approach for bridges to provide safe and economical service. Moreover the use of fiber optic sensors has many advantages because of the ability of the sensors to be resistant to environmental conditions and to make sensitive measurements.
The long-term effect of ambient temperature on bridge strain is an important and challenging problem. To investigate this issue, one year data of strain and ambient temperature of a long-span cable-stayed bridge is studied in this paper. The measured strain-time history is decomposed into two parts to obtain the strains due to vehicle load and temperature alone. A linear regression model between the temperature and the strain due to temperature is established. It is shown that for every $1^{\circ}C$ increase in temperature, the stress is increased by 0.148 MPa. Furthmore, the extreme value distributions of the strains due to vehicle load, temperature and the combination effect of them during the remaining service period are estimated by the average conditional exceedance rate approach. This approach avoids the problem of declustering of data to ensure independence. The estimated results demonstrate that the 95% quantile of the extreme strain distribution due to temperature is up to $1.488{\times}10^{-4}$ which is 2.38 times larger than that due to vehicle load. The study also indicates that the estimated extreme strain can reflect the long-term effect of temperature on bridge strain state, which has reference significance for the reliability estimation and safety assessment.
A number of efforts had been sought to instrument bridges for the purpose of structural monitoring and assessment. The outcome of these efforts, as gauged by advances in the understanding of the definition of structural damage and their role in sensor selection as well as in the design of cost and data-effective monitoring systems, has itself been difficult to assess. The authors' experience with the design, calibration, and operation of a monitoring system for the Kishwaukee Bridge in Illinois has provided several lessons that bear upon these concerns. The systems have performed well in providing a continuous, low-cost monitoring platform for bridge engineers with immediate relevant information.
The usage of Integral abutment bridges has been increased worldwide because of reducing bridge maintenance costs and resisting seismic loads. Although these attributes make the integral abutment bridge an increasingly popular choice, back-abutment interaction issues remain unresolved. Hence, the earth pressure behavior of an integral abutment bridge having 90 m long PSC beam bridge for the first time in Korea was analyzed by conducting long term monitoring in this study. Based on this study, the results were as follows; the ratio of maximum passive movement to the abutment height (H) of 0.0027 and the maximum passive earth pressure coefficient of 4.8 were developed at 0.82H from the bottom of the abutment during summer season. During winter season, the ratio of maximum active movement to H of 0.0011 and the maximum active earth pressure coefficient of 0.7 were developed at the same location as in summer season. The new earth pressure distributions having a trapezoid type were proposed based on this study.
It is well known that overloaded vehicles may cause severe damages to bridges, and how to estimate and evaluate the status of the overloaded vehicles passing through bridges become a challenging problem. Therefore, based on the monitored strain data from a structural health monitoring system (SHM) installed on a bridge, a method is recommended to identify and analyze the probability of overloaded vehicles. Overloaded vehicle loads can cause abnormity in the monitored strains, though the abnormal strains may be small in a concrete continuous rigid frame bridge. Firstly, the abnormal strains are identified from the abundant strains in time sequence by taking the advantage of wavelet transform in abnormal signal identification; secondly, the abnormal strains induced by heavy vehicles are picked up by the comparison between the identified abnormal strains and the strain threshold gotten by finite element analysis of the normal heavy vehicle; finally, according to the determined abnormal strains induced by overloaded vehicles, the statistics of the overloaded vehicles passing through the bridge are summarized and the whole probability of the overloaded vehicles is analyzed. The research shows the feasibility of using the monitored strains from a long-term SHM to identify the information of overloaded vehicles passing through a bridge, which can help the traffic department to master the heavy truck information and do the damage analysis of bridges further.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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