Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.1
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pp.77-84
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2018
The identification of damping ratios in buildings is a well-known problem and appears to be of important and crucial interest in the safety and serviceability design. When compared to an estimation of the stiffness, i.e. natural frequency, and mass, the damping ratio is the most difficult quantity to determine. Many previous studies have examined the characteristics of damping ratios from ambient vibration, but the measurement time is roughly within 2 hours. In this paper, characteristics of damping ratios and natural frequencies of 4 story RC building were investigated using long-term ambient vibration. Free vibrations were obtained using random decrement technique, and damping ratios were evaluated by the envelop function, continuous wavelet transform, and logarithmic decrement. It was found that although the natural frequencies show little variations with time, the damping ratios show some variations with time and the largest variations found in the damping ratios obtained from the continuous wavelet transform. The damping ratios from the envelop function showed the smallest mean and standard deviation. And the probability distribution of damping ratios seems to follow the logarithmic normal distribution.
In this study, it is conducted that the performance verification of the ambient load carrying capacity algorithm using long-term measurement systems of bridges. For this purpose, a steel-box type model bridge is fabricated and the public load carrying capacity of a steel-box model bridge is estimated by conducting the numerical analysis and load test. In addition, we compare the public load carrying capacity with the estimated result of a steel-box model bridge using the ambient load carrying capacity algorithm. By the assessment result, it is shown that the estimated ambient load carrying capacity is the difference of approximately 6.0 percentages as compared with the public load carrying capacity.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.11
no.5
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pp.108-122
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2001
As bridge design is advancing toward the performance-based design. it becomes increasingly important to monitor and re-evaluate the long-term structural performance of bridges. Such information is essential in developing performance criteria for design. In this research. sensor systems for long-term structural performance monitoring have been installed on two highway bridges. Pre1iminary vibration measurement and data analysis have been performed on these instrumented bridges. On one bridge, ambient vibration data have been collected. based on which natural frequencies and mode shapes have been extracted using various methods and compared with those obtained by the preliminary finite element analysis. On the other bridge, braking and bumping vibration tests have been carried out using a water truck In addition to ambient vibration tests. Natural frequencies and mode shapes have been derived and the results by the breaking and bumping vibration tests have been compared. For the development of a three dimensional baseline finite element model, the new methodology using a neural network is proposed. The proposed one have been verified and applied to develop the baseline model of the bridge.
Modal identification of civil engineering structures based on ambient vibration measurement has been widely investigated in the past decades, and a variety of output-only operational modal identification methods have been proposed. However, vibration modes, even fundamental low-order modes, are not always identifiable for large-scale structures under ambient vibration excitation. The identifiability of vibration modes, deficiency in modal identification, and criteria to evaluate robustness of the identified modes when applying output-only modal identification techniques to ambient vibration responses were scarcely studied. In this study, the mode identifiability of the cable-stayed Ting Kau Bridge using ambient vibration measurements and the influence of the excitation intensity on the deficiency and robustness in modal identification are investigated with long-term monitoring data of acceleration responses acquired from the bridge under different excitation conditions. It is observed that a few low-order modes, including the second global mode, are not identifiable by common output-only modal identification algorithms under normal ambient excitations due to traffic and monsoon. The deficient modes can be activated and identified only when the excitation intensity attains a certain level (e.g., during strong typhoons). The reason why a few low-order modes fail to be reliably identified under weak ambient vibration excitations and the relation between the mode identifiability and the excitation intensity are addressed through comparing the frequency-domain responses under normal ambient vibration excitations and under typhoon excitations and analyzing the wind speeds corresponding to different response data samples used in modal identification. The threshold value of wind speed (generalized excitation intensity) that makes the deficient modes identifiable is determined.
Recently, due to the advanced measurement techniques, long-term health monitoring systems have been frequently applied to existing bridges. It is known that damping ratios as one of dynamic properties would be an important parameter for evaluating the bridge condition. However, damping ratios may be normally varied depending on the external loading effects on bridges. In general, both the logarithmic decrement and the half-power band width method as a conventional method can be simply used for evaluating the damping ratios accurately when bridge response signals are measured under free vibration conditions. In this study, the Hilbert-Huang transform and the extended Kalman filter were applied to evaluate the damping ratio by using the bridge acceleration signals measured under ambient vibration condition. From the results under ambient vibration condition of bridges, it was examined that the damping ratios evaluated from both the Hilbert-Huang transform and the extended Kalman filter could be more reliable than those from conventional methods.
DuraMote is a remote sensing system developed for the "NIST TIP project: next generation SCADA for prevention and mitigation of water system infrastructure disaster". It is designed for supervisory control and data acquisition (SCADA) of ruptures in water pipes. Micro-electro mechanical (MEMS) accelerometers, which record the vibration of the pipe wall, are used detect the ruptures. However, the performance of Duramote cannot be verified directly on a water distribution system because it lacks an acceptable recordable level of ambient vibration. Instead, a long-span cable-stayed bridge is an ideal test-bed to validate the accuracy, the reliability, and the robustness of DuraMote because the bridge has an acceptable level of ambient vibration. The acceleration data recorded on the bridge were used to identify the modal properties of the structure and to verify the performance of DuraMote. During the test period, the bridge was subjected to heavy rain, wind, and a typhoon but the system demonstrates its robustness and durability.
Kim, Nam-Sik;Kim, Chul-Young;Jung, Dae-Sung;Yoon, Jah-Geol
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.988-993
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2002
The AVT under traffic-induced vibrations was carried out on Namhae suspension bridge in Korea. Mode shapes as well as natural frequencies up to the 15th mode were acquired exactly, and the effect of traffic mass and temperature on measured natural frequencies was investigated. The results from the AVT are compared with those from forced vibration test(FVT) and FE analysis. In the case of long span suspension bridges such as Namhae bridge which has relatively large mass, the results shows that the measured natural frequencies are not affected by vehicle mass. From the results of long-term variation of natural frequencies due to temperature change, it can be said that temperature effect may be predominant to structural demage effect. Therefore, if damage detection methods based on dynamic characteristics of bridges are to be used, the variation should be taken into consideration.
Lee, Sung-Chil;Feng, Maria Q.;Hong, Seok-Hee;Chung, Young-Soo
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.2
no.2
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pp.91-98
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2008
Curved bridges are important components of a highway transportation network for connecting local roads and highways, but very few data have been collected in terms of their field performance. This paper presents two-years monitoring and system identification results of a curved concrete box-girder bridge, the West St. On-Ramp, under ambient traffic excitations. The authors permanently installed accelerometers on the bridge from the beginning of the bridge life. From the ambient vibration data sets collected over the two years, the element stiffness correction factors for the columns, the girder, and boundary springs were identified using the back-propagation neural network. The results showed that the element stiffness values were nearly 10% different from the initial design values. It was also observed that the traffic conditions heavily influence the dynamic characteristics of this curved bridge. Furthermore, a probability distribution model of the element stiffness was established for long-term monitoring and analysis of the bridge stiffness change.
Modal identification based on ambient vibration data has attracted extensive attention in the past few decades. Since the excitation for ambient vibration tests is mainly from the environmental effects such as wind and traffic loading and no artificial excitation is applied, the signal to noise (s/n) ratio of the data acquired plays an important role in mode identifiability. Under ambient vibration conditions, certain modes may not be identifiable due to a low s/n ratio. This paper presents a study on the mode identifiability of an instrumented cable-stayed bridge with the use of acceleration response data measured by a long-term structural health monitoring system. A recently developed fast Bayesian FFT method is utilized to perform output-only modal identification. In addition to identifying the most probable values (MPVs) of modal parameters, the associated posterior uncertainties can be obtained by this method. Likewise, the power spectral density of modal force can be identified, and thus it is possible to obtain the modal s/n ratio. This provides an efficient way to investigate the mode identifiability. Three groups of data are utilized in this study: the first one is 10 data sets including six collected under normal wind conditions and four collected during typhoons; the second one is three data sets with wind speeds of about 7.5 m/s; and the third one is some blind data. The first two groups of data are used to perform ambient modal identification and help to estimate a critical value of the s/n ratio above which the deficient mode is identifiable, while the third group of data is used to perform verification. A couple of fundamental modes are identified, including the ones in the vertical and transverse directions respectively and coupled in both directions. The uncertainty and s/n ratio of the deficient mode are investigated and discussed. A critical value of the modal s/n ratio is suggested to evaluate the mode identifiability of the deficient mode. The work presented in this paper could provide a base for the vibration-based condition assessment in future.
In this paper, a new approach based on the continuum model is proposed to estimate the main cable tension force of suspension bridges from measured natural frequencies. This approach considered the vertical vibration of a main cable hinged at both towers and supported by an elastic girder and hangers along its entire length. The equation reflected the relationship between vibration frequency and horizontal tension force of a main cable was derived. To avoid to generate the additional cable tension force by sag-extensibility, the analytical solution of characteristic equation for anti-symmetrical vibration mode of the main cable was calculated. Then, the estimation of main cable tension force was carried out by anti-symmetric characteristic frequency vector. The errors of estimation due to characteristic frequency deviations were investigated through numerical analysis of the main cable of Taizhou Bridge. A field experiment was conducted to verify the proposed approach. Through measuring and analyzing the responses of a main cable of Taizhou Bridge under ambient excitation, the horizontal tension force of the main cable was identified from the first three odd frequencies. It is shown that the estimated results agree well with the designed values. The proposed approach can be used to conduct the long-term health monitoring of suspension bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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