Memari, A.M.;Motlagh, A.R. Yazdani;Akhtari, M.;Scanlon, A.;Ashtiany, M. Ghafory
Structural Engineering and Mechanics
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v.7
no.1
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pp.1-18
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1999
Seismic evaluation of a 32-story reinforced concrete framed tube building is performed by checking damageability, safety, and toughness limit states. The evaluation is based on Standard 2800 (Iranian seismic code) which recommends equivalent lateral static force, modal superposition, or time history dynamic analysis methods to be applied. A three dimensional linearly elastic model checked by ambient vibration test results is used for the evaluation. Accelerograms of three earthquakes as well as linearly elastic design response spectra are used for dynamic analysis. Damageability is checked by considering story drift ratios. Safety is evaluated by comparing demands and capacities at the story and element force levels. Finally, toughness is studied in terms of curvature ductility of members. The paper explains the methodology selected and various aspects in detail.
In modal analysis, the mode shape reflects the vibration characteristics of the structure, and thus it is widely performed for finite element model updating and structural health monitoring. Generally, the acceleration-based mode shape is suitable to express the characteristics of structures for the translational vibration; however, it is difficult to represent the rotational mode at boundary conditions. A tilt sensor and gyroscope capable of measuring rotational mode are used to analyze the overall behavior of the structure, but extracting its mode shape is the major challenge under the small vibration always. Herein, we conducted a feasibility study on a multi-mode shape estimating approach utilizing a single physical quantity signal. The basic concept of the proposed method is to receive multi-metric dynamic responses from two sensors and obtain mode shapes through bridge loading test with relatively large deformation. In addition, the linear transformation matrix for estimating two mode shapes is derived, and the mode shape based on the gyro sensor data is obtained by acceleration response using ambient vibration. Because the structure's behavior with respect to translational and rotational mode can be confirmed, the proposed method can obtain the total response of the structure considering boundary conditions. To verify the feasibility of the proposed method, we pre-measured dynamic data acquired from five accelerometers and five gyro sensors in a lab-scale test considering bridge structures, and obtained a linear transformation matrix for estimating the multi-mode shapes. In addition, the mode shapes for two physical quantities could be extracted by using only the acceleration data. Finally, the mode shapes estimated by the proposed method were compared with the mode shapes obtained from the two sensors. This study confirmed the applicability of the multi-mode shape estimation approach for accurate damage assessment using multi-dimensional mode shapes of bridge structures, and can be used to evaluate the behavior of structures under ambient vibration.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.2
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pp.129-136
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2005
The vehicle loading test under the strict traffic control is generally carried out as a present practice in an evaluation process of the bearing capacity of a bridge. The quasi-static load test is recently proposed to mitigate the traffic condition of test, and analyze the disturbed acceleration time-history data of free vibration due to the ambient traffic on the bridge by Fourier transform to calculate only the natural frequencies of the bridge. The calculated frequencies have some errors due to the analysis technique as well as the influence of ambient traffic loads, and in addition to it is cumbersome to obtain the free vibration data during a quasi-static load test. In this study, the wavelet transform technique using Morlet wavelet is used to analyze the acceleration data recorded during a quasi-static load test on a bridge and calculate the natural frequencies and the modal damping ratios of the bridge. The study results show that the wavelet transform technique is a reliable and reasonable method to analyze test data and obtain the natural frequencies and the modal damping ratios of a bridge regardless of the data types i.e. free or forced vibrations.
Li, Zhijun;Feng, Dongming;Feng, Maria Q.;Xu, Xiuli
Smart Structures and Systems
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v.19
no.5
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pp.523-538
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2017
A series of field vibration tests are conducted on the Runyang Suspension Bridge during both the construction and operational stages. The purpose of this study is devoted to the analysis of the dynamic characteristics of the suspension tower. After the tower was erected, an array of accelerometers was deployed to study the evolution of its modal parameters during the construction process. Dynamic tests were first performed under the freestanding tower condition and then under the tower-cable condition after the superstructure was installed. Based on the identified modal parameters, the effect of the pile-soil-structure interaction on dynamic characteristics of the suspension tower is investigated. Moreover, the stiffness of the pile foundation is successfully identified using a probabilistic finite model updating method. Furthermore, challenges of identifying the dynamic properties of the tower from the coupled responses of the tower-cable system are discussed in detail. It's found that compared with the identified results from the freestanding tower, the longitudinal and torsional natural frequencies of the tower in the tower-cable system have changed significantly, while the lateral mode frequencies change slightly. The identified modal results from measurements by the structural health monitoring system further confirmed that the vibrations of the bridge subsystems (i.e., the tower, the suspended deck and the main cable) are strongly coupled with one another.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.9
no.3
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pp.59-66
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2009
Dynamic characteristics such as frequency and damping ratio in the ambient state of building has been progressed in domestic and foreign. However, there has not been any deep research of dynamic characteristics of full-scale structure using vibration measurement of the building damaged up to failure. Dynamic characteristics of three-story reinforced concrete building was evaluated before and after it was damaged by using a actuator. Dynamic characteristics is reviewed and compared with previous study. Ambient vibration and human excitation test were applied. After 120mm horizontal displacement by actuator, frequency of long and short direction is reduced to 34.3%, 33.7% and damping ratio is reduced to 36.5%, 19.5% respectively.
The first seismically isolated structure in Taiwan was completed in early 1999. Seven new bridges of the Second National Freeway located at Bai-Ho area, a region which is considered to be of high seismic risk, have been designed and constructed with lead-rubber seismic isolation bearings. Since this is the first application of seismic isolation method to the practical construction in Taiwan, field tests were conducted for one of the seven bridges to evaluate the assumptions and uncertainties in the design and construction. The test program is composed of ambient vibration tests, forced vibration tests, and free vibration tests. For the free vibration tests, a special test setup composed of four 1000 kN hydraulic jacks and a quick-release mechanism was designed to perform the function of push-and-quick release. Valuable results have been obtained based on the correlation between measured and analytical data so that the analytical model can be calibrated. Based on the analytical correlation, it is concluded that the dynamic characteristics and free vibration behavior of the isolated bridge can be well captured when the nonlinear properties of the bearings are properly considered in the modeling.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.18
no.1
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pp.185-194
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2023
The 4-axis strain-gauge, which is widely applied to military weapon systems, is operated in poor temperature and vibration conditions, tolerance may increase and malfunctions may occur. To improve this, this paper proposes a signal-processing software technique for the tolerance of the 4-axis strain gauge applied to a military weapon system. First, the tolerance of the strain-gauge and the signal processing circuit according to the ambient temperature were evaluated and analyzed. Second, a software technique for processing the dead zone and offset area that can improve the tolerance of the strain-gauge is proposed. The experimental results applying the software technique confirmed that it operated normally in the temperature test and operation test. Therefore, the proposed software technique is valid and can be used as useful information to improve tolerance due to ambient temperature and vibration when designing a system using a strain-gauge.
Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar;Sevim, Baris;Kartal, Murat Emre;Adanur, Suleyman
Steel and Composite Structures
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v.10
no.6
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pp.541-561
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2010
This paper presents finite element analyses, experimental measurements and finite element model updating of an arch type steel laboratory bridge model using semi-rigid connections. The laboratory bridge model is a single span and fixed base structure with a length of 6.1 m and width of 1.1m. The height of the bridge column is 0.85 m and the maximum arch height is 0.95 m. Firstly, a finite element model of the bridge is created in SAP2000 program and analytical dynamic characteristics such as natural frequencies and mode shapes are determined. Then, experimental measurements using ambient vibration tests are performed and dynamic characteristics (natural frequencies, mode shapes and damping ratios) are obtained. Ambient vibration tests are performed under natural excitations such as wind and small impact effects. The Enhanced Frequency Domain Decomposition method in the frequency domain and the Stochastic Subspace Identification method in the time domain are used to extract the dynamic characteristics. Then the finite element model of the bridge is updated using linear elastic rotational springs in the supports and structural element connections to minimize the differences between analytically and experimentally estimated dynamic characteristics. At the end of the study, maximum differences in the natural frequencies are reduced on average from 47% to 2.6%. It is seen that there is a good agreement between analytical and experimental results after finite element model updating. Also, connection percentages of the all structural elements to joints are determined depending on the rotational spring stiffness.
Finite element model updating is very effective procedure to determine the uncertainty parameters in structural model and minimize the differences between experimentally and numerically identified dynamic characteristics. This procedure can be practiced with manual and automatic model updating procedures. The manual model updating involves manual changes of geometry and analyses parameters by trial and error, guided by engineering judgement. Besides, the automated updating is performed by constructing a series of loops based on optimization procedures. This paper addresses the ambient vibration based finite element model updating of long span reinforced concrete highway bridges using manual model updating procedure. Birecik Highway Bridge located on the $81^{st}km$ of Şanliurfa-Gaziantep state highway over Firat River in Turkey is selected as a case study. The structural carrier system of the bridge consists of two main parts: Arch and Beam Compartments. In this part of the paper, the arch compartment is investigated. Three dimensional finite element model of the arch compartment of the bridge is constructed using SAP2000 software to determine the dynamic characteristics, numerically. Operational Modal Analysis method is used to extract dynamic characteristics using Enhanced Frequency Domain Decomposition method. Numerically and experimentally identified dynamic characteristics are compared with each other and finite element model of the arch compartment of the bridge is updated manually by changing some uncertain parameters such as section properties, damages, boundary conditions and material properties to reduce the difference between the results. It is demonstrated that the ambient vibration measurements are enough to identify the most significant modes of long span highway bridges. Maximum differences between the natural frequencies are reduced averagely from %49.1 to %0.6 by model updating. Also, a good harmony is found between mode shapes after finite element model updating.
Gil, Heungbae;Park, Sun Kyu;Han, Kyoung Bong;Yoon, Wan Seok
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.4
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pp.157-167
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2020
In this study, a field bridge test was conducted to find the dynamic properties of cable supported bridges with resilient-friction base isolation systems (R-FBI). Various ambient vibration tests were performed to estimate dynamic properties of a test bridge using trucks in a non-transportation state before opening of the bridge and by ordinary traffic loadings about one year later after opening of the bridge. The dynamic properties found from the results of the tests were compared with an analysis model. From the result of the ambient vibration tests of the cable supported bridge with R-FBI, it was confirmed that the dynamic properties were sensitive to the stiffness of the R-FBI in the bridge, and the seismic analysis model of the test bridge using the effective stiffness of the R-FBI was insufficient for reflecting the dynamic behavior of the bridge. In the case of cable supported bridges, the seismic design must follow the "Korean Highway Bridge Design Code (Limit State Design) for Cable supported bridges." Therefore, in order to reflect the actual behavior characteristics of the R-FBI installed on cable-supported bridges, an improved seismic design procedure should be proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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