Steel cables serve as the key structural components in long-span bridges, and the force state of the steel cable is deemed to be one of the most important determinant factors representing the safety condition of bridge structures. The disadvantages of traditional cable force measurement methods have been envisaged and development of an effective alternative is still desired. In the last decade, the vision-based sensing technology has been rapidly developed and broadly applied in the field of structural health monitoring (SHM). With the aid of vision-based multi-point structural displacement measurement method, monitoring of the tensile force of the steel cable can be realized. In this paper, a novel cable force monitoring system integrated with a multi-point pattern matching algorithm is developed. The feasibility and accuracy of the developed vision-based force monitoring system has been validated by conducting the uniaxial tensile tests of steel bars, steel wire ropes, and parallel strand cables on a universal testing machine (UTM) as well as a series of moving loading experiments on a scale arch bridge model. The comparative study of the experimental outcomes indicates that the results obtained by the vision-based system are consistent with those measured by the traditional method for cable force measurement.
Yi-Fan Li;Wen-Yu He;Wei-Xin Ren;Gang Liu;Hai-Peng Sun
Smart Structures and Systems
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제32권5호
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pp.297-308
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2023
Dynamic deflection is important for evaluating the performance of a long-span cable-stayed bridge, and its continuous measurement is still cumbersome. This study proposes a dynamic deflection monitoring method for cable-stayed bridge based on Bi-directional Long Short-term Memory (BiLSTM) neural network taking advantages of the characteristics of spatial variation of cable acceleration response (CAR) and main girder deflection response (MGDR). Firstly, the relationship between the spatial and temporal variation of the CAR and the MGDR is described based on the geometric deformation of the bridge. Then a data-driven relational model based on BiLSTM neural network is established using CAR and MGDR data, and it is further used to monitor the MGDR via measuring the CAR. Finally, numerical simulations and field test are conducted to verify the proposed method. The root mean squared error (RMSE) of the numerical simulations are less than 4 while the RMSE of the field test is 1.5782, which indicate that it provides a cost-effective and convenient method for real-time deflection monitoring of cable-stayed bridges.
Jo, Hongki;Park, Jong-Woong;Spencer, B.F. Jr.;Jung, Hyung-Jo
Smart Structures and Systems
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제11권5호
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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.
Stay cables, such as are used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Several methods have been proposed and implemented to mitigate this problem, though each has its limitations. Recently some studies have shown that active and semiactive control system using MR (Magnetorheological) damper can potentially achieve both higher performance levels than passive control system and adaptability with few of the detractions. However, a control system including a power supply, controller, and sensors is required to maximize the performance of the MR damper and this complicated control system is not effective to most of large civil structures. This paper proposes a smart passive damping system using MR dampers by introducing electromagnetic induction (EMI) system as an external power source to MR damper and verified the performance of smart passive damping system for mitigating the vibration of stay cables. The performances of smart passive damping system are compared with those of linear viscous damper and passive-mode MR damper.
Civil infrastructure, in both its construction and maintenance, represents the largest societal investment in this country, outside of the health care industry. Despite being the lifeline of US commerce, civil infrastructure has scarcely benefited from the latest sensor technological advances. Our future should focus on harnessing these technologies to enhance the robustness, longevity and economic viability of this vast, societal investment, in light of inherent uncertainties and their exposure to service and even extreme loadings. One of the principal means of insuring the robustness and longevity of infrastructure is to strategically deploy smart sensors in them. Therefore, the objective is to develop novel, durable, smart sensors that are especially applicable to major infrastructure and the facilities to validate their reliability and long-term functionality. In some cases, this implies the development of new sensing elements themselves, while in other cases involves innovative packaging and use of existing sensor technologies. In either case, a parallel focus will be the integration and networking of these smart sensing elements for reliable data acquisition, transmission, and fusion, within a decision-making framework targeting efficient management and maintenance of infrastructure systems. In this paper, prudent and viable sensor and health monitoring technologies have been developed and used in several large structural systems. Discussion will also include several practical bridge health monitoring applications including their design, construction, and operation of the systems.
This study aims to establish an effective methodology for the detection of instant damages occurred in cable-stayed bridges with the measurements of cable vibration and structural temperatures. A transfer coefficient for the daily temperature variation and another for the long-term temperature variation are firstly determined to eliminate the environmental temperature effects from the cable force variation. Several thresholds corresponding to different levels of exceedance probability are then obtained to decide four upper criteria and four lower criteria for damage detection. With these criteria, the monitoring data for three stay cables of Ai-Lan Bridge are analyzed and compared to verify the proposed damage detection methodology. The simulated results to consider various damage scenarios unambiguously indicate that the damages with cable force changes larger than ${\pm}1%$ can be confidently detected. As for the required time to detect damage, it is found that the cases with ${\pm}2%$ of cable force change can be discovered in no more than 6 hours and those with ${\pm}1.5%$ of cable force change can be identified in at most 9 hours. This methodology is also investigated for more lightly monitored cases where only the air temperature measurement is available. Under such circumstances, the damages with cable force changes larger than ${\pm}1.5%$ can be detected within 12 hours. Even though not exhaustively reflecting the environmental temperature effects on the cable force variation, both the effective temperature and the air temperature can be considered as valid indices to eliminate these effects at high and low monitoring costs.
스마트 그리드에서 전력 정보의 수집 및 분석은 필수적이다. 수집된 전력 정보는 발전 및 배전 등 전력을 효율적으로 이용하는데 사용될 수 있다. 전력 정보 수집을 위해서는 유무선 망을 통한 스마트 미터의 통신이 중요한 역할을 한다. 현재, 세계 여러 나라들은 수많은 스마트 미터의 전력 정보 수집을 위해서 스마트 미터 통신을 위한 국제 표준 혹은 각 국가의 고유한 표준을 정립하고 있는 중이다. 따라서, 이 논문은 스마트 미터 관련 논문 및 자료들을 조사하여 스마트 미터 통신을 위한 국제 및 여러 국가별 표준에 대해 요약한다.
This study investigates the mode identifiability of a multi-span cable-stayed bridge in terms of a benchmark study using stabilization diagrams of a system model identified using stochastic subspace identification (SSI). Cumulative contribution ratios (CCRs) estimated from singular values of system models under different wind conditions were also considered. Observations revealed that wind speed might influence the mode identifiability of a specific mode of a cable-stayed bridge. Moreover the cumulative contribution ratio showed that the time histories monitored during strong winds, such as those of a typhoon, can be modeled with less system order than under weak winds. The blind data Acc 1 and Acc 2 were categorized as data obtained under a typhoon. Blind data Acc 3 and Acc 4 were categorized as data obtained under wind conditions of critical wind speeds around 7.5 m/s. Finally, blind data Acc 5 and Acc 6 were categorized as data measured under weak wind conditions.
The nonlinear mechanics of cable vibration is caught either by analytical or numerical models. Nevertheless, the choice of the most appropriate method, in consideration of the problem under study, is not straightforward. A feedback control policy might even enhance the complexity of the system. Thus, in order to design a suitable controller, different approaches are here adopted. Devices mounted transversely to the cable in the two directions, close to one of its ends, supply the feedback control action based on the observation of the response in a few points. The low order terms of the control law are, at first, analyzed in the framework of linear models. Explicit analytic solutions are derived for this purpose. The effectiveness of high order terms in the control law is then explored by means of a finite element model(FEM), which accounts for high order harmonics. A suitably dimensional analytical Galerkin model is finally derived, to investigate the effectiveness of the proposed control strategy, when applied to a physical model.
WHEN IT IS REQUIRED TO CONNECT OVERHEAD TRANSMISSION LINE WITH UNDERGROUND CABLE, PREVALENT METHOD WAS TO USE CABLE HEAD TYPICALLY MADE OF LATTICE STEEL STRUCTURE. BUT IN VIEW OF THE INCREASING DEMAND THAT STEEL STRUCTURE INSTALLED IN URBAN AREA AND/OR RESIDENTIAL AREA NEED TO MATCH WITH ENVIRONMENTAL SURROUNDINGS, THE UNSHAPELY LARGE-SIZED LATTICE STEEL STRUCTURE CAN NOT BE A PROPER ONE BECAUSE THAT IT IS NOT WELCOMED BY THE RESIDENTS AND ACCORDINGLY ITS INSTALLATION TENDS TO CONFRONT WITH CIVIL PETITION. AS AN ALTERNATIVE METHOD TO SETTLE AFOREMENTIONED UNFAVOURABLE SITUATION WE MAY BE UNDER, WE AR INTENDING TO DEVELOP THE CABLE HEAD MADE OF TAPERED TUBULAR STEEL POLE AND TO PUT IT TO PRACTICAL USE. THE ADVANTAGE WE CAN TAKE OF THE TAPERED TUBULAR STEEL POLE IS THAT IT CAN BE INSTALLED IN A VERY LIMITED SPACE MAXIMIZING THE UTILITY VALUE OF THE LAND AND THAT ITS SMART SHAPE WITH COLOUR COATING IN CONSIDERATION OF AESTHETIC AESTHETIC CAN BE IN GOOD HARMONY WITH THE SURROUNDINGS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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