In order to identify damage of highway bridges rapidly, a method for damage identification using dynamic response of bridge induced by moving vehicle and static test data is proposed. To locate damage of the structure, displacement energy damage index defined from the energy of the displacement response time history is adopted as the indicator. The displacement response time histories of bridge structure are obtained from simulation of vehicle-bridge coupled vibration analysis. The vehicle model is considered as a four-degree-of-freedom system, and the vibration equations of the vehicle model are deduced based on the D'Alembert principle. Finite element method is used to discretize bridge and finite element model is set up. According to the condition of displacement and force compatibility between vehicle and bridge, the vibration equations of the vehicle and bridge models are coupled. A Newmark-${\beta}$ algorithm based professional procedure VBAP is developed in MATLAB, and used to analyze the vehicle-bridge system coupled vibration. After damage is located by employing the displacement energy damage index, the damage extent is estimated through the least-square-method based model updating using static test data. At last, taking one simply supported bridge as an illustrative example, some damage scenarios are identified using the proposed damage identification methodology. The results indicate that the proposed method is efficient for damage localization and damage extent estimation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.420-423
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2003
This paper addresses the results of experimental and analytical study on the effects of dynamic interaction between vehicle and bridge on modal properties of bridge. Based on ambient vibration test and vehicle impact test on a bridge, it is found that the natural frequencies of bridge are varied by vehicle passing. Analytical studies for the effects of vehicle position, speed, damping, mass ratio and frequency ratio on bridge-vehicle interaction are carried out using complex eigenvalue analysis and numerical integration in time domain. The results show that vehicle properties except speed cause significant change of natural frequency as well as damping of bridge.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.2
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pp.123-130
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2013
The responses of a bridge due to a moving vehicle are obtained analytically by modeling a vehicle as a constant point force. From the results it is found that the responses after a vehicle leaves the bridge become very small for some speeds of a vehicle. When a vehicle is modeled as a two dof system for a more accurate analysis, the same phenomenon is observed while the roughness of the surface of the bridge is small. Determining the fundamental frequency of a bridge so that one of the above speeds coincides with a frequent speed of vehicles, the responses of a bridge can be minimized.
A cracked bridge with reduced stiffness is susceptible to vehicle-induced vibrations above the warning threshold. This study proposes a pounding tuned mass damper (PTMD) with an adjustable mass and double pounding boundaries covered with a viscoelastic material. The PTMD is intended to reduce bridge vibrations caused by vehicle loads. A vehicle-bridge-PTMD coupled equation of motion is established against the engineering background of a continuous steel-concrete composite girder bridge. The bridge performance degradation is evaluated in terms of crack density and stiffness reduction coefficient, which are determined through field crack investigations. The vehicle-induced vibrations of a cracked continuous steel-concrete bridge are then studied while changing the parameters of the designed PTMD. The PTMD effectively reduced the vehicle-induced vibrations of the bridge. The vibration reduction ratio reached 38.9% after applying three PTMDs with a total mass ratio of 2%. On a simply supported steel-concrete composite beam, three PTMDs with a total mass ratio of 2% reduced the vibration amplitudes by 31.4%.
The present study investigated the effect of the correlation of the measured road roughness profiles corresponding to the left and right wheels of a vehicle on the vibration of a vehicle-bridge coupling system. Four sets of road roughness profiles were measured by a laser road-testing vehicle. A correlation analysis was carried out on the four roughness samples, and two samples with the strongest correlation and weakest correlation were selected for the power spectral density, autocorrelation and cross-correlation analyses. The scenario of a three-axle truck moving across a rigid-frame arch bridge was used as an example. The two selected road roughness profiles were used as inputs to the vehicle-bridge coupling system. Three different input modes were adopted in the numerical analysis: (1) using the measured road roughness profile of the left wheel for the input of both wheels in the numerical simulation; (2) using the measured road roughness profile of the right wheel for both wheels; and (3) using the measured road roughness profiles corresponding to left and right wheels for the input corresponding to the vehicle's left and right wheels, respectively. The influence of the three input modes on the vibration of the vehicle-bridge system was analyzed and compared in detail. The results show that the correlation of the road roughness profiles corresponding to left and right wheels and the selected roughness input mode both have a significant influence on the vibration of the vehicle-bridge coupling system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.123-128
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2012
The responses of a bridge due to a moving vehicle are obtained analytically by modeling a vehicle as a constant point force. From the results it is found that the responses after a vehicle leaves the bridge become very small for some speeds of a vehicle. When a vehicle is modeled as a two dof system for a more accurate analysis, the same phenomenon is observed while the roughness of the bridge is small. Determining the fundamental frequency of a bridge so that one of the above speeds coincides with a frequent speed of vehicles, the responses of a bridge can be minimized.
Long-span bridges with high flexibility and low structural damping are very susceptible to the vortex-induced vibration (VIV), which causes extremely negative impacts on the ride comfort of vehicles running on the bridges. To assess the ride comfort of vehicles running on the long-span bridges subjected to VIV, a coupled wind-vehicle-bridge system applicable to the VIV case is firstly developed in this paper. In this system, the equations of motion of the vehicles and the bridge subjected to VIV are established and coupled through the vehicle-bridge interaction. Based on the dynamic responses of the vehicles obtained by solving the coupled system, the ride comfort of the vehicles can be evaluated using the method given in ISO 2631-1. At last, the proposed framework is applied to several case studies, where a long-span suspension bridge and two types of vehicles are taken into account. The effects of vehicle speed, vehicle type, road roughness and vehicle number on the ride comfort are investigated.
Based on the Model Coupled Method (MCM), a case study has been carried out on a Concrete-Filled Steel Tubular (CFST) tied arch bridge to investigate the vibration problem. The mathematical model assumed a finite element representation of the bridge together with beam, shell, and link elements, and the vehicle simulation employed a three dimensional linear vehicle model with seven independent degrees-of-freedom. A well-known power spectral density of road pavement profiles defined the road surface roughness for Perfect, Good and Poor roads respectively. In virtue of a home-code program, the dynamic interaction between the bridge and vehicle model was simulated, and the dynamic amplification factors were computed for displacement and internal force. The impact effects of the vehicle on different bridge members and the influencing factors were studied. Meanwhile the acceleration responses of some of the components were analyzed in the frequency domain. From the results some valuable conclusions have been drawn.
Three dimensional coupled bending-torsion dynamic vibrations of thin-walled open section beam subjected to moving vehicle are investigated by transfer matrix method. Through adopting the idea of Newmark-${\beta}$ method, the partial differential equations of structural vibration can be transformed to the differential equations. Then, those differential equations are solved by transfer matrix method. An iterative scheme is proposed to deal with the coupled bending-torsion terms in the governing vibration equations. The accuracy of the presented method is verified through two numerical examples. Finally, with different eccentricities of vehicle, the torsional vibration of thin-walled open section beam and vertical and rolling vibration of truck body are investigated. It can be concluded from the numerical results that the torsional vibration of beam and rolling vibration of vehicle increase with the eccentricity of vehicle. Moreover, it can be observed that the torsional vibration of thin-walled open section beam may have a significant nonlinear influence on vertical vibration of truck body.
Kim, C.W.;Isemoto, R.;McGetrick, P.J.;Kawatani, M.;OBrien, E.J.
Smart Structures and Systems
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v.13
no.5
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pp.775-796
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2014
This study presents a vibration-based health monitoring strategy for short span bridges utilizing an inspection vehicle. How to screen the health condition of short span bridges in terms of a drive-by bridge inspection is described. Feasibility of the drive-by bridge inspection is investigated through a scaled laboratory moving vehicle experiment. The feasibility of using an instrumented vehicle to detect the natural frequency and changes in structural damping of a model bridge was observed. Observations also demonstrated the possibility of diagnosis of bridges by comparing patterns of identified bridge dynamic parameters through periodical monitoring. It was confirmed that the moving vehicle method identifies the damage location and severity well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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