KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.1A
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pp.1-10
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2012
Along with the development of coasts, islands and mountains, the demand of long-span bridges increases which, in turn, brings forth the construction of cable-supported bridges like suspension and cable-stayed bridges. There are various types of statically indeterminate structures widely applied that supported the main girder with stay cables, main cables, hanger cables with aesthetic structural appearance. As to the cable-supported bridges, the health monitoring of a bridge can be identified by measuring tension force on cable repeatedly. The tension force on cable is measured either by direct measurement of stress of cable using load cell or hydraulic jack, or by vibration method estimating tension force using cable shape and measured dynamic characteristics. In this study, a method to estimate dynamic characteristics of hanger cables by using a digital image processing is suggested. Digital images are acquired by a portable digital camcorder, which is the sensor to remotely measure dynamic responses considering convenient and economical aspects for use. A digital image correlation(DIC) technique is applied for digital image processing, and an image transform function(ITF) to correct the geometric distortion induced from the deformed images is used to estimate subpixel. And, the correction of motion of vision-based measurement system using a fixed object in an image without installing additional sensor can be enhanced the resolution of dynamic responses and modal frequencies of hanger cables.
Seo, Dong-Woo;Na, Wongi;Kim, Byung-Chul;Park, Ki-Tae
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.11
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pp.810-816
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2017
This study investigates the relationship between the damage patterns and structural performance levels of a multi-strand 7-wire strand that is used as an important member of stay cables. Stay cables are continuously damaged after completion, and corrosion is the main cause. However, it is difficult to check the damage pattern inside the cable due to its structural characteristics, and it is difficult to evaluate the degradation level of the damage quantitatively. This study derives the relationship between the damage pattern and the performance level of the stranded wire by comparing results and analyzing them through an indoor experiment and finite element analysis. In order to simulate the damage of a 7-wire strand, artificial damage was applied by mechanical precision machining to perform a performance evaluation. The results of the analysis show that regardless of the damage size of the strand, the structural performance deteriorated immediately after the damage. It was experimentally and analytically deduced that the type and amount of damage should be considered as a parameter for evaluating the performance level of the strand. This information can be used for the safety management of a cable stayed bridge by constructing a database according to the pattern and amount of damage.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.497-504
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2005
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.
Microwave remote sensing is probably the most recent experimental technique suitable to the non-contact measurement of deflections on large structures, in static or dynamic conditions. In the first part of the paper, the main techniques adopted in microwave remote sensing are described, so that advantages and potential issues of these techniques are presented and discussed. Subsequently, the paper addresses the application of the radar technology to the measurement of the vibration response on the stay cables of two cable-stayed bridges. The dynamic tests were performed in operational conditions (i.e. with the excitation being mainly provided by micro-tremors, wind and traffic) and the maximum deflections of the cables were generally lower than 5.0 mm. The investigation clearly highlights: (a) the safe and simple use of the radar on site and its effectiveness to simultaneously measure the dynamic response of all the stay cables of an array; (b) the negligible effects of the typical issues and uncertainties that might affect the radar measurements; (c) the accuracy of the results provided by the microwave remote sensing in terms of natural frequencies and tension forces of the stay cables; (d) the suitability of microwave interferometry to the repeated application within Structural Health Monitoring programmes.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.537-544
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2003
This paper deals with stress corrosion cracking behavior of high strength steel exposed to marine environments. The objective is to determine the time to failure as a function of hydrogen concentration and tensile stress in the wires. A crack growth curve is modeled using finite element method (FEM) program. The coupled hydrogen diffusion-stress analyses of SCC were programmed separately. The first part is calculating stress and stress intensity /sup 1)/factor of a cylindrical shell, prestressing tendon or suspension bridge wires, from the initiation of cracks to rupture. Virtual crack extension method, contour integral method, and crack tip elements are used for the calculation of stresses in front of the crack tip. Comparisons of the result show a good agreement with the analytical equations and wire tests. The second part of the study deals with the programming of hydrogen diffusion, affected by hydrostatic stress, calculated at the location of boundary of plastic area around the crack tip. The results of paper can be used in the design and management of prestressed structures, cable stayed and suspension bridges. Time dependent correlated parallel reliabilities of a cable, composed of 36 wires, were evaluated by the consideration of the deterioration of stress corrosion cracking.
Based on the alternative stabilization diagram by varying the time lag parameter in the stochastic subspace identification analysis, this study aims to investigate the measurements from several cases of civil structures for extending the applicability of a recently noticed criterion to ensure stable identification results. Such a criterion demands the time lag parameter to be no less than a critical threshold determined by the ratio of the sampling rate to the fundamental system frequency and is firstly validated for its applications with single measurements from stay cables, bridge decks, and buildings. As for multiple measurements, it is found that the predicted threshold works well for the cases of stay cables and buildings, but makes an evident overestimation for the case of bridge decks. This discrepancy is further explained by the fact that the deck vibrations are induced by multiple excitations independently coming from the passing traffic. The cable vibration signals covering the sensor locations close to both the deck and pylon ends of a cable-stayed bridge provide convincing evidences to testify this important discovery.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.48-51
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2011
사장교에서 케이블은 하중을 지지하는 주요 부재로, 케이블 장력은 사장교의 건전성과 안전도 평가에 있어서 매우 중요한 변수이다. 케이블 장력을 추정하기 위한 대표적인 방법으로는 로드셀을 이용한 직접법과 진동 계측 자료를 이용한 간접법 등이 있으며, 최근에는 자기장-응력 관계를 이용한 EM(Elasto-Magnetic) 센서 측정법이 개발되어 케이블 장력 추정에 적용되었다. 본 논문에서는 세 가지 장력 추정 기법을 실제 시공중인 사장교에 적용하여, 그 성능을 상호 비교하였다. 본 연구는 한국의 KAIST와 미국 Northeastern 대학교의 공동연구로 수행되었다. 대상 교량은 부산 화명동과 김해 초정리를 연결하기 위해 현재 건설중인 화명대교이다. 화명대교의 교량 형식은 2주탑 콘크리트 사장교 (주탑 경간장 270m, 총 사장교 구간장 500m)이며, 사장재로는 MS (Multi-Strand) 형 케이블이 사용되었다. 실험 당시 화명대교는 중앙경간의 폐합 후 선형관리를 위한 장력조정작업을 수행하였으며, 케이블 재긴장시의 정확한 장력관리를 위하여 로드셀을 이용한 Lift-off test방법으로 케이블의 장력을 측정하였다. 이와 동시에 두 개의 케이블을 대상으로 진동 가속도 센서와 EM 센서를 설치하고 장력 계측을 수행하였으며, 재긴장 단계별 장력 변화치를 지속적으로 계측하였다. 계측된 결과를 바탕으로 케이블 장력 추정 기법의 정확성 및 실교량에서의 활용성을 비교하였다.
The Ting Kau Bridge in Hong Kong is a cable-stayed bridge comprising two main spans and two side spans. The bridge deck is supported by three towers, an end pier and an abutment. Each of the three towers consists of a single reinforced concrete mast which reduces its section in steps, and it is strengthened by transverse cables and struts in the transverse vertical plane. The bridge deck is supported by four inclined planes of cables emanating from anchorages at the tower tops. In view of the threat from typhoons, the dynamic behaviour of long-span cable-supported bridges in the region is always an important consideration in their design. This paper is devoted to the ambient vibration measurements of the bridge for evaluation of dynamic characteristics including the natural frequencies and mode shapes. It also describes the modelling of the bridge. A few finite element models are developed and calibrated to match with the field data and the results of subsequent structural health monitoring of the bridge.
For the safety of prestressed structures such as cable-stayed bridges and prestressed concrete bridges, it is very important to ensure the prestress force of cable or tendon. The loss of prestress force could significantly reduce load carrying capacity of the structure and even result in structural collapse. The objective of this study is to present a smart PZT-interface for wireless impedance-based prestress-loss monitoring in tendon-anchorage connection. Firstly, a smart PZT-interface is newly designed for sensitively monitoring of electro-mechanical impedance changes in tendon-anchorage subsystem. To analyze the effect of prestress force, an analytical model of tendon-anchorage is described regarding to the relationship between prestress force and structural parameters of the anchorage contact region. Based on the analytical model, an impedance-based method for monitoring of prestress-loss is conducted using the impedance-sensitive PZT-interface. Secondly, wireless impedance sensor node working on Imote2 platforms, which is interacted with the smart PZT-interface, is outlined. Finally, experiment on a lab-scale tendon-anchorage of a prestressed concrete girder is conducted to evaluate the performance of the smart PZT-interface along with the wireless impedance sensor node on prestress-loss detection. Frequency shift and cross correlation deviation of impedance signature are utilized to estimate impedance variation due to prestress-loss.
Jin, Man Sik;Kyoung, Yong Soo;Lee, Myung Jae;Kim, Moon Young
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.16
no.3
s.70
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pp.355-363
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2004
In order to obtain the effective length factor of beam-column members of plane frames, this paper extensively used an alignment chart approach, based on the nomograph given in LRFD-AISC specification commentaries. However, it should be noted that various simplifications and assumptions were introduced in constructing the alignment chart. To overcome the practical limitations of the alignment chart, this paper proposes a simple but accurate procedure that determined the effective buckling length for stability design of main members of cable-supported bridges. This method requires the full system buckling analysis. The numerical examples showing the suitability of the present scheme are discussed and some conclusions are drawn.
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