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.
The paper presents the damage estimation of bridge structures in Daegu city based on the scenario-based earthquakes. Since the fragility curves for domestic bridge strucures are limited, the Hazus methodology is employed to derive the fragility curves and estimate the damage. A total of four earthuquake scenarios near Daegu city are assumed and structure damage is investigated for 81 bridge structures. The seismic fragility function and damage level of each bridge had adopted from the analytical method in HAZUS and then, the damage probability using seismic fragility function for each bridge was evaluated. It was concluded that the seismic damage to bridges was higher when the magnitude of the earthquake was large or nearer to the epicenter.
Bridge bearings are important connection elements between bridge superstructures and substructures, whose health states directly affect the performance of the bridges. This paper systematacially presents a new method to identify the bridge bearing damage based on the neural network theory. Firstly, based on the analysis of different damage types, a description of the bearing damage is introduced, and a uniform description for all the damage types is given. Then, the feasibility and sensitivity of identifying the bearing damage with bridge vibration modes are investigated. After that, a Radial Basis Function Neural Network (RBFNN) is built, whose input and output are the beam modal information and the damage information, respectively. Finally, trained by plenty of data samples formed by the numerical method, the network is employed to identify the bearing damage. Results show that the bridge bearing damage can be clearly reflected by the modal information of the bridge beam, which validates the effectiveness of the proposed method.
This paper presents the results of an experimental investigation on a vibration-based damage identification framework for a steel girder type and a truss bridge based on acceleration responses to operational loading. The method relies on sensor clustering-based time-series analysis of the operational acceleration response of the bridge to the passage of a moving vehicle. The results are presented in terms of Damage Features from each sensor, which are obtained by comparing the actual acceleration response from the sensors to the predicted response from the time-series model. The damage in the bridge is detected by observing the change in damage features of the bridge as structural changes occur in the bridge. The relative severity of the damage can also be quantitatively assessed by observing the magnitude of the changes in the damage features. The experimental results show the potential usefulness of the proposed method for future applications on condition assessment of real-life bridge infrastructures.
This paper proposes the use of transmissibility functions combined with a machine learning algorithm, Artificial Neural Networks (ANNs), to assess damage in a truss bridge. A new approach method, which makes use of the input parameters calculated from the transmissibility function, is proposed. The network not only can predict the existence of damage, but also can classify the damage types and identity the location of the damage. Sensors are installed in the truss joints in order to measure the bridge vibration responses under train and ambient excitations. A finite element (FE) model is constructed for the bridge and updated using FE software and experimental data. Both single damage and multiple damage cases are simulated in the bridge model with different scenarios. In each scenario, the vibration responses at the considered nodes are recorded and then used to calculate the transmissibility functions. The transmissibility damage indicators are calculated and stored as ANNs inputs. The outputs of the ANNs are the damage type, location and severity. Two machine learning algorithms are used; one for classifying the type and location of damage, whereas the other for finding the severity of damage. The measurements of the Nam O bridge, a truss railway bridge in Vietnam, is used to illustrate the method. The proposed method not only can distinguish the damage type, but also it can accurately identify damage level.
He, Xingwen;Kawatani, Mitsuo;Hayashikawa, Toshiro;Kim, Chul-Woo;Catbas, F. Necati;Furuta, Hitoshi
Smart Structures and Systems
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제13권5호
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pp.869-890
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2014
In this study, a damage detection approach using train-induced vibration response of the bridge is proposed, utilizing only direct structural analysis by means of introducing soft computing methods. In this approach, the possible damage patterns of the bridge are assumed according to theoretical and empirical considerations at first. Then, the running train-induced dynamic response of the bridge under a certain damage pattern is calculated employing a developed train-bridge interaction analysis program. When the calculated result is most identical to the recorded response, this damage pattern will be the solution. However, owing to the huge number of possible damage patterns, it is extremely time-consuming to calculate the bridge responses of all the cases and thus difficult to identify the exact solution quickly. Therefore, the soft computing methods are introduced to quickly solve the problem in this approach. The basic concept and process of the proposed approach are presented in this paper, and its feasibility is numerically investigated using two different train models and a simple girder bridge model.
This paper deals with damage detection in a girder bridge using transmissibility functions as input data to Artificial Neural Networks (ANNs). The original contribution in this work is that these two novel methods are combined to detect damage in a bridge. The damage was simulated in a real bridge in Vietnam, i.e. Ca-Non Bridge. Finite Element Method (FEM) of this bridge was used to show the reliability of the proposed technique. The vibration responses at some points of the bridge under a moving truck are simulated and used to calculate the transmissibility functions. These functions are then used as input data to train the ANNs, in which the target is the location and the severity of the damage in the bridge. After training successfully, the network can be used to assess the damage. Although simulated responses data are used in this paper, the practical application of the technique to real bridge data is potentially high.
The residual capacity against collapse of a main shock-damaged bridge can be coupled with the aftershock ground motion hazard to make an objective decision on its probability of collapse in aftershocks. In this paper, a steel tower suspension bridge with a main span of 2000 m is adopted for a case-study. Seismic responses of the bridge in longitudinal and transversal directions are analyzed using dynamic elasto-plastic finite displacement theory. The analysis is conducted in two stages: main shock and aftershocks. The ability of the main shock-damaged bridge to resist aftershocks is discussed. Results show that the damage caused by accumulated plastic strain can be ignored in the long-span suspension bridge. And under longitudinal and transversal seismic excitations, the damage is prone to occur at higher positions of the tower and the shaft-beam junctions. When aftershocks are not large enough to cause plastic strain in the structure, the aftershock excitation can be ignored in the seismic damage analysis of the bridge. It is also found that the assessment of seismic damage can be determined by superposition of damage under independent action of seismic excitations.
Domaneschi, Marco;Limongelli, Maria Pina;Martinelli, Luca
Earthquakes and Structures
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제8권5호
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pp.1113-1126
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2015
A damage localization algorithm based on Operational Deformed Shapes and known as Interpolation Damage Detection Method, is herein applied to the finite element model of a cable stayed bridge for detecting and localizing damages in the stays and the supporting steel beams under the bridge deck. Frequency Response Functions have been calculated basing on the responses of the bridge model to low intensity seismic excitations and used to recover the Operational Deformed Shapes both in the transversal and in the vertical direction. The analyses have been carried in the undamaged configuration and repeated in several different damaged configurations. Results show that the method is able to detect the damage and its correct location, provided an accurate estimation of the Operational Deformed Shapes is available. Furthermore, the damage detection algorithm results effective also when damages coexist at the same time at several location of the cable-stayed bridge members.
This study represents results of fragility curve development for 4-span continuous bridge. 2 type bridge model is chosen frame type and 2-roller 1-hinge type. To research the response of bridge under earthquake excitation, Monte Carlo simulation is performed to study nonlinear dynamic analysis. For nonlinear time history analysis a set of 150 synthetic time histories were generated. Fragility curves in this study are represented by lognormal distribution functions with two parameters and developed as a function of PGA. Five damage states were defined to express the condition of damage based on the actual experimental damage data of bridge column. As a result of this research, the value of damage probability corresponding to each damage state were determined and frame type bridge are favorable under seismic event.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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