Deficient modes that cannot be always identified from different sets of measurement data may exist in the application of operational modal analysis such as the stochastic subspace identification techniques in large-scale civil structures. Based on a recent work using the long-term ambient vibration measurements from an instrumented cable-stayed bridge under different wind excitation conditions, a benchmark problem is launched by taking the same bridge as a test bed to further intensify the exploration of mode identifiability. For systematically assessing this benchmark problem, a recently developed SSI algorithm based on an alternative stabilization diagram and a hierarchical sifting process is extended and applied in this research to investigate several sets of known and blind monitoring data. The evaluation of delicately selected cases clearly distinguishes the effect of traffic excitation on the identifiability of the targeted deficient mode from the effect of wind excitation. An additional upper limit for the vertical acceleration amplitude at deck, mainly induced by the passing traffic, is subsequently suggested to supplement the previously determined lower limit for the wind speed. Careful inspection on the shape vector of the deficient mode under different excitation conditions leads to the postulation that this mode is actually induced by the motion of the central tower. The analysis incorporating the tower measurements solidly verifies this postulation by yielding the prevailing components at the tower locations in the extended mode shape vector. Moreover, it is also confirmed that this mode can be stably identified under all the circumstances with the addition of tower measurements. An important lesson learned from this discovery is that the problem of mode identifiability usually comes from the lack of proper measurements at the right locations.
For railway bridges, serviceabilities such as passenger comfort and train riding safety are important design requirements as well as the structural safety of the bridge. In this paper, dynamic responses of a steel box girder bridge by actual passing trains were measured and analyzed by probabilistic method. Deflections and accelerations data at center of side span were collected for about a month by various types of actual passenger and freight trains. Effects by axle weights, types of trains were analyzed. 100 and 200 years maximum values were estimated by Gumbel probability paper and compared with corresponding requirements in the current design code. Except for some cases of accelerations, estimated values were well below the criteria and exceedance probabilities were very low. More data for longer term and other types of bridges are needed to perform comprehensive analysis on the serviceability of railway bridges.
High speed railway bridge is affected on safety of bridge by dynamic amplification effect, when dynamic response of bridge is equal to effect cycle load for rolling stock axle according to high speed operation train. And excessive deformation of structure has negative effect on operation safety of train and comfort of passenger due to fluctuation of wheel load by torsion of track etc. and decrease of contact force on vehicle wheel-rail. To ensure the safety of track and train operation safety, it is have to perform the study on resonance and deformation of structure. That criteria and requirement of railway bridge is limitation of vertical acceleration on deck for dynamic behavior of structure, contact of vehicle wheel and rail, limitation of face distortion and rotation angle of end deck, and limitation of vertical displacement by train. Unlike KYEONGBU High Speed Railway, New constructed HONAM High Speed Railway have to applied the new requirement for dynamic behavior safety according to change of condition which is type of ballast (slab ballast), interval of track, and actual rolling stock load. Therefore, in this paper, it was conformed the dynamic characteristic due to parameter, which related with above mentioned criteria, for steel composite bridges.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제9권3호
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pp.129-138
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2005
This paper presents a methodology for the determination of optimal managing criteria for cable tension force in cable-stayed bridges using acceleration data acquired by monitoring system. There are many long span bridges installed with monitoring system in Korea. The monitoring systems are installed to diagnose abnormal behavior or damages in bridges and to warn these to bridge management agency. In cable-stayed bridges, the cable tension force could be an important indicator of abnormal behavior because of the geometric configuration of the cable-stayed bridge. If the management value of cable tension force is set too high or too low, then the monitoring system could not warn properly for the abnormal behavior of a bridge. Generally, the management value is set by empirical or engineering judgment, but in this paper, a new methodology for the determination of managing criteria for cable tension force is proposed based on the probability distribution model for tension force and reliability analysis. The proposed methodology is applied to a real concrete cable-stayed bridge in order to investigate its applicability.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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제36권2호
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pp.75-83
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2023
In this paper, we present the analysis results on the vibration serviceability of a pedestrian bridge considering the effect of pedestrian moving mass inertia. Using dynamic finite element analysis, we considered different walking scenarios, including pedestrian density, walking speed, random walking, and synchronized walking, to analyze the acceleration response of a 40m long single-span bridge with a steel composite box cross section. We showed that the equivalent fixed mass analysis method did not significantly differ from the moving mass analysis in the random walk scenario and a wider frequency excitation band may be useful to consider when evaluating vibration serviceability in a random walk scenario.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제13권1호통권53호
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pp.205-213
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2009
This study was planned to develop monitoring system of cable force to resolve cable force of cable-stayed bridge efficiently in a long-term plan. In the proposed monitoring system, firstly data are sampled from real-time acceleration record, secondly these sampled data are frequency analyzed by using the FFT(Fast Fourier Transform) algorism and lastly the analyzed results are averaged and generalized. For evaluating the applicability of this monitoring system, field loading test has performed in real cable-stayed bridge. In comparison with cable force by field manual calculation and cable force of monitoring system by semi-automatic calculation, the difference of calculated cable forces has within 1% error range and it is acceptable range. Additionally within negligible 5% error range of difference has occur between field manual calculation and monitoring system by automatic calculation. so monitoring system in this study has been verified to be reliable.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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제17권12호
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pp.301-306
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2016
In bridge performance assessments, a new load carrying capacity evaluation model of simple bridges was proposed, which is based on the developed simple support impact factor spectrum. In this paper, a conservative assumption that the inner span with the both ends fixed boundary condition is ideal for applying the impact factor response spectrum for continuous bridges. The impact factor response spectrum has been proposed based on this assumption. The response spectrum by comparing the numerical analysis result and actual measurement data verified the applicability. The analysis was loading the moving load of DB-24 in a six-span continuous bridge, which was the same as the actual measurement data, the dynamic response was measured in the fourth span. The frequency of the bridge was obtained by FFT on the acceleration response and the span-frequency of sample bridge was calculated by the frequency. The impact factor of the sample bridge was determined by applying the span-frequency of the bridge to the proposed response spectrum; it was similar to the result of comparing the actual measured impact factor. Therefore, the method using the impact factor response spectrum based on the frequency response of both ends-fixed beam was found to be applicable to an actual continuous bridge.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제15권5호
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pp.92-100
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2011
This paper describes a numerical modeling for deflection calculation using the natural frequency response that is measured acceleration response for concrete bridges. In the formulation of the dynamic deflection, the change amounts and the transformed responses about six kinds of free vibration responses are defined totally. The predicted response can be obtained from the measured acceleration data without requiring the knowledge of the initial velocity and displacement information. The relationship between the predicted response and the actual deflection is derived using the mathematical modeling that is induced by the process of a acceleration test data. In this study, in order to apply the proposed response predicted model to the integration scheme of the natural frequency domain, the Fourier Fast Transform of the deflection response is separated into the frequency component of the measured data. The feasibility for field application of the proposed calculation method is tested by the mode superposition method using the PSC-I bridges superstructures under several cases of moving load and results are compared with the actually measured deflections using transducers. It has been observed that the proposed method can asses the deflection responses successfully when the measured acceleration signals include the vehicle loading state and the free vibration behavior.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 2008년도 정기 학술대회
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pp.197-202
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2008
In this paper, a hybrid vibration-impedance approaches is newly proposed to detect the occurrence of damage, the location of damage, and extent of damage in steel plate-girder bridges. The hybrid scheme mainly consists of three sequential phases: 1) to alarm the occurrence of damage, 2) to classify the alarmed damage, and 3) to estimate the classified damage in detail. Damage types of interest include flexural stiffness-loss in girder and bolts-loose in supports. In the first phase, the global occurrence of damage is alarmed by monitoring changes in acceleration features. In the second phase, the alarmed damage is classified into subsystems by recognizing patterns of impedance features. In the final phase, the location and the extent of damage are estimated by using modal strain energy-based damage index method and root mean square deviation method. The feasibility of the proposed system is evaluated on a laboratory-scaled steel plate-girder bridge model for which hybrid vibration-impedance signatures were measured for several damage scenarios.
In this paper, a Holder exponent, a measure of the degree to which a signal is differentiable, is presented to detect the presence of a discontinuity and when the discontinuity occurs in a dynamic signal. This discontinuity detection has potential applications to structural health monitoring because discontinuities are often introduced into dynamic response data as a result of certain types of damage. Wavelet transforms are incorporated with the Holder exponent to capture the time varying nature of discontinuities, and a classification procedure is developed to quantify when changes in the Holder exponent are significant. The proposed Holder exponent analysis is applied to various experimental signals to reveal underlying damage causing events from the signals. Signals being analyzed include acceleration response of a mechanical system with a rattling internal part, acceleration signals of a three-story building model with a loosing bolt, and strain records of an in-situ bridge during construction. The experimental results presented in this paper demonstrate that the Holder exponent can be an effective tool for identifying certain types of events that introduce discontinuities into the measured dynamic response data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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