Based on numerical and experimental methods, a systematic structural evaluation of a steel natatorium in service was carried out in detail in this paper. Planning of inspection tasks was proposed firstly according to some national codes in China in order to obtain the economic and reliable results. The field visual inspections and static computation were conducted in turn under in-service environmental conditions. Further a three-dimensional finite element model was developed according to its factual geometry properties obtained from the field inspection. An analytical modal analysis was performed to provide the analytical modal properties. The field vibration tests on the natatorium were conducted and then two different system identification methods were used to obtain the dynamic characteristics of the natatorium. A good correlation was achieved in results obtained from the two system identification methods and the finite element method (FEM). The numerical and experimental results demonstrated that the main structure of the natatorium in its present status is safe and it still satisfies the demand of the national codes in China. But the roof system such as purlines and skeletons must be removed and rebuilt completely. Moreover the system identification results showed that field vibration test is sufficient to identify the reliable dynamic properties of the natatorium. The constructive suggestion on structural evaluation of the natatorium is that periodic assessment work must be maintained to ensure the natatorium's safety in the future.
Lozano-Galant, Jose Antonio;Nogal, Maria;Turmo, Jose;Castillo, Enrique
Computers and Concrete
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v.15
no.5
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pp.771-794
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2015
This paper proposes an innovative method for selection of measurement sets in static parameter identification of concrete or steel bridges. This method is proved as a systematic tool to address the first steps of Structural System Identification procedures by observability techniques: the selection of adequate measurement sets. The observability trees show graphically how the unknown estimates are successively calculated throughout the recursive process of the observability analysis. The observability trees can be proved as an intuitive and powerful tool for measurement selection in beam bridges that can also be applied in complex structures, such as cable-stayed bridges. Nevertheless, in these structures, the strong link among structural parameters advises to assume a set of simplifications to increase the tree intuitiveness. In addition, a set of guidelines are provided to facilitate the representation of the observability trees in this kind of structures. These guidelines are applied in bridges of growing complexity to explain how the characteristics of the geometry of the structure (e.g. deck inclination, type of pylon-deck connection, or the existence of stay cables) affect the observability trees. The importance of the observability trees is justified by a statistical analysis of measurement sets randomly selected. This study shows that, in the analyzed structure, the probability of selecting an adequate measurement set with a minimum number of measurements at random is practically negligible. Furthermore, even bigger measurement sets might not provide adequate SSI of the unknown parameters. Finally, to show the potential of the observability trees, a large-scale concrete cable-stayed bridge is also analyzed. The comparison with the number of measurements required in the literature shows again the advantages of using the proposed method.
In recent years the monitoring of structural behavior through acquisition of vibrational data has become common practice. In addition, recent advances in sensor development have made the collection of diverse dynamic information feasible. Other than the commonly collected acceleration information, Global Position System (GPS) receivers and non-contact, optical techniques have also allowed for the synchronous collection of highly accurate displacement data. The fusion of this heterogeneous information is crucial for the successful monitoring and control of structural systems especially when aiming at real-time estimation. This task is not a straightforward one as measurements are inevitably corrupted with some percentage of noise, often leading to imprecise estimation. Quite commonly, the presence of noise in acceleration signals results in drifting estimates of displacement states, as a result of numerical integration. In this study, a new approach based on a time domain identification method, namely the Unscented Kalman Filter (UKF), is proposed for correcting the "drift effect" in displacement or rotation estimates in an online manner, i.e., on the fly as data is attained. The method relies on the introduction of artificial white noise (WN) observations into the filter equations, which is shown to achieve an online correction of the drift issue, thus yielding highly accurate motion data. The proposed approach is demonstrated for two cases; firstly, the illustrative example of a single degree of freedom linear oscillator is examined, where availability of acceleration measurements is exclusively assumed. Secondly, a field inspired implementation is presented for the torsional identification of a tall tower structure, where acceleration measurements are obtained at a high sampling rate and non-collocated GPS displacement measurements are assumed available at a lower sampling rate. A multi-rate Kalman Filter is incorporated into the analysis in order to successfully fuse data sampled at different rates.
In this paper, a method is presented to identify the physical and modal parameters of multistory shear building based on substructural technique using block pulse generalized operational matrix and genetic algorithm. The substructure approach divides a complete structure into several substructures in order to significantly reduce the number of unknown parameters for each substructure so that identification processes can be independently conducted on each substructure. Block pulse functions are set of orthogonal functions that have been used in recent years as useful tools in signal characterization. Assuming that the input-outputs data of the system are known, their original BP coefficients can be calculated using numerical method. By using generalized BP operational matrices, substructural dynamic vibration equations can be converted into algebraic equations and based on BP coefficient for each story can be estimated. A cost function can be defined for each story based on original and estimated BP coefficients and physical parameters such as mass, stiffness and damping can be obtained by minimizing cost functions with genetic algorithm. Then, the modal parameters can be computed based on physical parameters. This method does not require that all floors are equipped with sensor simultaneously. To prove the validity, numerical simulation of a shear building excited by two different normally distributed random signals is presented. To evaluate the noise effect, measurement random white noise is added to the noise-free structural responses. The results reveal the proposed method can be beneficial in structural identification with less computational expenses and high accuracy.
Within the context of Structural Health Monitoring (SHM), it is often the case that structural systems are described by uncertainty, both with respect to their parameters and the characteristics of the input loads. For the purposes of system identification, efficient modeling procedures are of the essence for a fast and reliable computation of structural response while taking these uncertainties into account. In this work, a reduced order metamodeling framework is introduced for the challenging case of nonlinear structural systems subjected to earthquake excitation. The introduced metamodeling method is based on Nonlinear AutoRegressive models with eXogenous input (NARX), able to describe nonlinear dynamics, which are moreover characterized by random parameters utilized for the description of the uncertainty propagation. These random parameters, which include characteristics of the input excitation, are expanded onto a suitably defined finite-dimensional Polynomial Chaos (PC) basis and thus the resulting representation is fully described through a small number of deterministic coefficients of projection. The effectiveness of the proposed PC-NARX method is illustrated through its implementation on the metamodeling of a five-storey shear frame model paradigm for response in the region of plasticity, i.e., outside the commonly addressed linear elastic region. The added contribution of the introduced scheme is the ability of the proposed methodology to incorporate uncertainty into the simulation. The results demonstrate the efficiency of the proposed methodology for accurate prediction and simulation of the numerical model dynamics with a vast reduction of the required computational toll.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.2
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pp.161-169
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2004
This paper deals with system identification of a three-story building model with active mass damper (MID) for the controller design. Observer Kalman filter identification (OKID) technique is applied to find the relationship between the experimental results of the input and output. The inputs to the building model with MID are ground accelerations and motor command signal, which are, respectively, simulated earthquake and equivalent control force. The outputs are each floor acceleration and MID acceleration. The MID controller is designed based on the experimentally identified building system. Finally it is shown that experimental results agree accurately with simulated results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.228-230
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2011
2자유도 풍동실험으로부터 플러터계수를 추출하기 위해서 MITD, MULS와 같은 다양한 기법들이 활용되고 있다. 이러한 기법들은 부분측정(partial measurement)을 기반으로 한 state-space model을 이용하고 있다. 여기서는 완전측정(full measurement)를 기반으로 한 동방정식상의 최소화 기법인 EEE 방법을 제시한다. EEE 기법을 B/D=20의 구형 단면에 적용하고 MITD를 이용한 결과와 비교하여 제안한 방법의 타당성과 실교량에서 적용 가능성을 검증하고자 한다.
The purpose of the present work is to establish a method for predicting the location and depth of a crack in a circular cross section beam by only considering the frequencies of the cracked beam. An accurate knowledge of the material properties is not required. The crack location and size is identified by finding the point of intersection of pulsation ratio contour lines of lower vertical and horizontal modes. This process is presented and numerically validated in the case of a simply supported beam with various crack locations and sizes. If the beam has structural symmetry, the identification of crack location is performed by adding an off-center placed mass to the simply supported beam. In order to avoid worse diagnostic, it was demonstrated that a robust identification of crack size and location is possible if two tests are undertaken by adding the mass at the left and then right end of the simply supported beam. Finally, the pulsation ratio contour lines method is generalized in order to be extended to the case of rectangular cross section beams or more complex structures.
With the increasing diversity of internet media, available video data have become more convenient and abundant. Related video data-based research has advanced rapidly in recent years owing to advantages such as noncontact, low-cost data acquisition, high spatial resolution, and simultaneity. Additionally, structural nonlinearity extraction has attracted increasing attention as a tool for damage evaluation. This review paper aims to summarize the research experience with the recent developments and applications of video data-based technology for structural nonlinearity extraction and damage evaluation. The most regularly used object detection images and video databases are first summarized, followed by suggestions for obtaining video data on structural nonlinear damage events. Technologies for linear and nonlinear system identification based on video data are then discussed. In addition, common nonlinear damage types in disaster events and prevalent processing algorithms are reviewed in the section on structural damage evaluation using video data uploaded on online platform. Finally, a discussion regarding some potential research directions is proposed to address the weaknesses of the current nonlinear extraction technology based on video data, such as the use of uni-dimensional time-series data as leverage to further achieve nonlinear extraction and the difficulty of real-time detection, including the fields of nonlinear extraction for spatial data, real-time detection, and visualization.
Ravizza, Gabriele;Ferrari, Rosalba;Rizzi, Egidio;Chatzi, Eleni N.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.5
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pp.631-641
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2018
This paper outlines a computational procedure for the effective merging of diverse sensor measurements, displacement and acceleration signals in particular, in order to successfully monitor and simulate the current health condition of civil structures under dynamic loadings. In particular, it investigates a Kalman Filter implementation for the Heterogeneous Data Fusion of displacement and acceleration response signals of a structural system toward dynamic identification purposes. The procedure is perspectively aimed at enhancing extensive remote displacement measurements (commonly affected by high noise), by possibly integrating them with a few standard acceleration measurements (considered instead as noise-free or corrupted by slight noise only). Within the data fusion analysis, a Kalman Filter algorithm is implemented and its effectiveness in improving noise-corrupted displacement measurements is investigated. The performance of the filter is assessed based on the RMS error between the original (noise-free, numerically-determined) displacement signal and the Kalman Filter displacement estimate, and on the structural modal parameters (natural frequencies) that can be extracted from displacement signals, refined through the combined use of displacement and acceleration recordings, through inverse analysis algorithms for output-only modal dynamics identification, based on displacements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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