The performance evaluation of existing structures is important to study the safety of those structures with changing the loads over the lifetime of structures. Therefore, this study aims at evaluating the Seong-Su bridge, Seoul, Korea, using structural health monitoring (SHM) system. The static and dynamic tests are used to assess the behavior of the bridge. The statistical and wavelet analyses are used to demonstrate the behavior of the bridge in the time and frequency domains. The previous SHM results are used to assess the bridge performance. The results of this study show that the bridge performance under static and dynamic loads is safe in time and frequency domains.
The dynamic performance of railway bridges under high-speed trains draws the attention of bridge engineers. The vibration issue for long-span bridges under high-speed trains is still not well understood due to lack of validations through structural health monitoring (SHM) data. This paper investigates the correlation between bridge acceleration and train speed based on structural dynamics theory and SHM system from three foci. Firstly, the calculated formula of acceleration response under a series of moving load is deduced for the situation that train length is near the length of the bridge span, the correlation between train speed and acceleration amplitude is analyzed. Secondly, the correlation scatterplots of the speed-acceleration is presented and discussed based on the transverse and vertical acceleration response data of Dashengguan Yangtze River Bridge SHM system. Thirdly, the warning indexes of the bridge performance for correlation scatterplots of speed-acceleration are established. The main conclusions are: (1) The resonance between trains and the bridge is unlikely to happen for long-span bridge, but a multimodal correlation curve between train speed and acceleration amplitude exists after the resonance speed; (2) Based on SHM data, multimodal correlation scatterplots of speed-acceleration exist and they have similar trends with the calculated formula; (3) An envelope line of polylines can be used as early warning indicators of the changes of bridge performance due to the changes of slope of envelope line and peak speed of amplitude. This work also gives several suggestions which lay a foundation for the better design, maintenance and long-term monitoring of a long-span high-speed bridge.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.2
s.54
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pp.189-198
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2009
In this paper, the performance of bridge health monitoring system(BHMS) installed in suspension bridge was tested and the field loading tests have been done by using BHMS to get quantitative results on the response of bridge. Before the field tests, globally structural analysis was performed to verify and estimate the test results and the static and dynamic field loading tests were carried out. Depending on comparison with results of field tests and structural analysis, field tests results were evaluated as 30%~50% less than structural analysis results, so it was confirmed that the bridge has excellent structural performance. Therefore field test results were measured within an acceptable error range, so it is verified that the BHMS in the bridge has been reliable and efficient.
Jo, Hongki;Park, Jong-Woong;Spencer, B.F. Jr.;Jung, Hyung-Jo
Smart Structures and Systems
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v.11
no.5
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pp.477-496
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2013
Due to their cost-effectiveness and ease of installation, wireless smart sensors (WSS) have received considerable recent attention for structural health monitoring of civil infrastructure. Though various wireless smart sensor networks (WSSN) have been successfully implemented for full-scale structural health monitoring (SHM) applications, monitoring of low-level ambient strain still remains a challenging problem for WSS due to A/D converter (ADC) resolution, inherent circuit noise, and the need for automatic operation. In this paper, the design and validation of high-precision strain sensor board for the Imote2 WSS platform and its application to SHM of a cable-stayed bridge are presented. By accurate and automated balancing of the Wheatstone bridge, signal amplification of up to 2507-times can be obtained, while keeping signal mean close to the center of the ADC span, which allows utilization of the full span of the ADC. For better applicability to SHM for real-world structures, temperature compensation and shunt calibration are also implemented. Moreover, the sensor board has been designed to accommodate a friction-type magnet strain sensor, in addition to traditional foil-type strain gages, facilitating fast and easy deployment. The wireless strain sensor board performance is verified through both laboratory-scale tests and deployment on a full-scale cable-stayed bridge.
Cerda, Fernando;Chen, Siheng;Bielak, Jacobo;Garrett, James H.;Rizzo, Piervincenzo;Kovacevic, Jelena
Smart Structures and Systems
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v.13
no.5
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pp.849-868
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2014
An indirect approach is explored for structural health bridge monitoring allowing for wide, yet cost-effective, bridge stock coverage. The detection capability of the approach is tested in a laboratory setting for three different reversible proxy types of damage scenarios: changes in the support conditions (rotational restraint), additional damping, and an added mass at the midspan. A set of frequency features is used in conjunction with a support vector machine classifier on data measured from a passing vehicle at the wheel and suspension levels, and directly from the bridge structure for comparison. For each type of damage, four levels of severity were explored. The results show that for each damage type, the classification accuracy based on data measured from the passing vehicle is, on average, as good as or better than the classification accuracy based on data measured from the bridge. Classification accuracy showed a steady trend for low (1-1.75 m/s) and high vehicle speeds (2-2.75 m/s), with a decrease of about 7% for the latter. These results show promise towards a highly mobile structural health bridge monitoring system for wide and cost-effective bridge stock coverage.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.6
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pp.556-562
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2007
This paper presents the use of a novel fiber optic accelerometer system to monitor ambient vibration (both wind-induced one and vehicle-induced) of a real bridge structure. This sensor system integrates the $Moir\'{e}$ fringe phenomenon with fiber optics to achieve accurate and reliable measurements. A low-cost signal processing unit implements unique algorithms to further enhance the resolution and increase the dynamic bandwidth of the sensors. The fiber optic accelerometer has two major benefits in using this fiber optic accelerometer system for monitoring civil engineering structures. One is its immunity to electromagnetic (EM) interference making it suitable for difficult applications in such environments involving strong EM fields, electrical spark-induced explosion risks, and cabling problems, prohibiting the use of conventional electromagnetic accelerometers. The other is its ability to measure both low- and high-amplitude vibrations with a constantly high resolution without pre-setting a gain level, as usually required in a conventional accelerometer. The second benefit makes the sensor system particularly useful for real-time measurement of both ambient vibration (that is often used for structural health monitoring) and strong motion such as earthquake. Especially, the semi-strong motion and the small ambient one are successfully simulated and measured by using the new fiber optic accelerometer in the experiment of the structural health monitoring of a real bridge.
This paper aims to evaluate the effect of typhoons on fatigue damage accumulation in steel decks of long-span suspension bridges. The strain-time histories at critical locations of deck sections of long-span bridges during different typhoons passing the bridge area are investigated by using on-line strain data acquired from the structural health monitoring system installed on the bridge. The fatigue damage models based on Miner's Law and Continuum Damage Mechanics (CDM) are applied to calculate the increment of fatigue damage due to the action of a typhoon. Accumulated fatigue damage during the typhoon is also calculated and compared between Miner's Law and the CDM method. It is found that for the Tsing Ma Bridge case, the stress spectrum generated by a typhoon is significantly different than that generated by normal traffic and its histogram shapes can be described approximately as a Rayleigh distribution. The influence of typhoon loading on accumulative fatigue damage is more significant than that due to normal traffic loading. The increment of fatigue damage generated by hourly stress spectrum for the maximum typhoon loading may be much greater than those for normal traffic loading. It is, therefore, concluded that it is necessary to evaluate typhoon induced fatigue damage for the purpose of accurately evaluating accumulative fatigue damage for long-span bridges located within typhoon prone regions.
Brownjohn, James M.W.;Kripakaran, Prakash;Harvey, Bill;Kromanis, Rolands;Jones, Peter;Huseynov, Farhad
Structural Monitoring and Maintenance
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v.3
no.3
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pp.259-276
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2016
Historically the UK has been a pioneer and early adopter of experimental investigation techniques on new and operation structures, a technology that would now be descried as 'structural health monitoring' (SHM), yet few of these investigations have been enduring or carried out on the long span or tall structures that feature in flagship SHM applications in the Far East.
The emerging sensor-based structural health monitoring (SHM) technology has a potential for cost-effective maintenance of aging civil infrastructure systems. The author proposes to integrate continuous and global monitoring using on-structure sensors with targeted local non-destructive evaluation (NDE). Significant technical challenges arise, however, from the lack of cost-effective sensors for monitoring spatially large structures, as well as reliable methods for interpreting sensor data into structural health conditions. This paper reviews recent efforts and advances made in addressing these challenges, with example sensor hardware and health monitoring software developed in the author's research center. The hardware includes a novel fiber optic accelerometer, a vision-based displacement sensor, a distributed strain sensor, and a microwave imaging NDE device. The health monitoring software includes a number of system identification methods such as the neural networks, extended Kalman filter, and nonlinear damping identificaiton based on structural dynamic response measurement. These methods have been experimentally validated through seismic shaking table tests of a realistic bridge model and tested in a number of instrumented bridges and buildings.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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