In the automobile industry, structural health monitoring of fiber reinforced polymer composite parts is a widespread need for maintenance before breakdown of the functional elements or a complete vehicle. High performance sensors are generally used in many of the structural health monitoring operations. Within this study, a carbon fiber sewing thread has been used as a low cost laminate failure sensing element. The experimentation plan was set up according to the electrical conductance and flexibility of carbon fiber threads, advantages of preforming operations, and sewing mechanisms. The influence of the single thread damages by changing the electrical resistance and monitoring the impact location by using carbon thread sensors has been performed. Innovative utilization of relatively cost-effective carbon threads for monitoring the delamination of metallic inserts from the basic composite laminate structure is a highlighting feature of this study.
In this paper, to assess the performance of a multi-span simply supported RC bridge, the dynamic characteristics of the bridge were measured and determined by structural health monitoring and resilient assessment via operational modal analysis as well as FE modeling. Supporting finite element (FE) models were created and analyzed according to the design drawings. This study used 2D plane monitoring of locations of hole in the infill wall and used 3D health monitoring and resilient assessment. From the results of 3Dsymmetric frame, if the frame is unsymmetrical, the used model can lead to the reduction in the internal forces. The recommendations from this study is from some discrepancies observed between 2D and 3D models, if possible 3D model should be used in analyzing the real frames.
Yang, Qingshan;Wang, Juan;Kim, Sunjoong;Chen, Huihui;Spencer, Billie F. Jr.
Smart Structures and Systems
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제29권4호
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pp.561-576
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2022
Heritage timber structures represent the history and culture of a nation. These structures have been inherited from previous generations; however, they inevitably exhibit deterioration over time, potentially leading to structural deficiencies. Structural Health Monitoring (SHM) offers the potential to assess operational anomalies, deterioration, and damage through processing and analysis of data collected from transducers and sensors mounted on the structure. This paper reports on the design and implementation of a long-term SHM system on the Feiyun Wooden Pavilion in China, a three-story timber building built more than 500 years ago. The principles and features of the design and implementation of SHM systems for heritage timber buildings are systematically discussed. In total, 104 sensors of 6 different types are deployed on the structure to monitor the environmental effects and structural responses, including air temperature and humidity, wind speed and direction, structural temperatures, strain, inclination, and acceleration. In addition, integrated data acquisition and transmission subsystem using a newly developed software platform are implemented. Selected preliminary statistical and correlation analysis using one year of monitoring data are presented to demonstrate the condition assessment capability of the system based on the monitoring data.
This paper describes a smart structural system, which uses smart materials for real-time monitoring and active control of bolted-joints in steel structures. The goal of this research is to reduce the possibility of failure and the cost of maintenance of steel structures such as bridges, electricity pylons, steel lattice towers and so on. The concept of the smart structural system combines impedance based health monitoring techniques with a shape memory alloy (SMA) washer to restore the tension of the loosened bolt. The impedance-based structural health monitoring (SHM) techniques were used to detect loosened bolts in bolted-joints. By comparing electrical impedance signatures measured from a potentially damage structure with baseline data obtained from the pristine structure, the bolt loosening damage could be detected. An outlier analysis, using generalized extreme value (GEV) distribution, providing optimal decision boundaries, has been carried out for more systematic damage detection. Once the loosening damage was detected in the bolted joint, the external heater, which was bonded to the SMA washer, actuated the washer. Then, the heated SMA washer expanded axially and adjusted the bolt tension to restore the lost torque. Additionally, temperature variation due to the heater was compensated by applying the effective frequency shift (EFS) algorithm to improve the performance of the diagnostic results. An experimental study was conducted by integrating the piezoelectric material based structural health monitoring and the SMA-based active control function on a bolted joint, after which the performance of the smart 'self-monitoring and self-healing bolted joint system' was demonstrated.
A wireless sensing system is designed for application to structural monitoring and damage detection applications. Embedded in the wireless monitoring module is a two-tier prediction model, the auto-regressive (AR) and the autoregressive model with exogenous inputs (ARX), used to obtain damage sensitive features of a structure. To validate the performance of the proposed wireless monitoring and damage detection system, two near full scale single-story RC-frames, with and without brick wall system, are instrumented with the wireless monitoring system for real time damage detection during shaking table tests. White noise and seismic ground motion records are applied to the base of the structure using a shaking table. Pattern classification methods are then adopted to classify the structure as damaged or undamaged using time series coefficients as entities of a damage-sensitive feature vector. The demonstration of the damage detection methodology is shown to be capable of identifying damage using a wireless structural monitoring system. The accuracy and sensitivity of the MEMS-based wireless sensors employed are also verified through comparison to data recorded using a traditional wired monitoring system.
구조물 모니터링 시스템의 전산환경을 구성하기 위해 필요한 지식 및 정보를 파악하고 이를 지식기반화하는 방법을 제시하였다. 전산환경의 구축을 위한 정보로는 센서 및 하드웨어, 신호처리, 그리고 손상발견/평가를 위한 지식등이 필요한데, 이들은 모두 다른 형태의 지식이므로, -즉 수학연산, 서술적 지식, 수치모델등- 어느 특정의 모델링 기법 단독으로는 이들을 효과적으로 수용하기가 매우 어렵다. 이를 해결하기 위하여 객체지향적 모델링기법과 논리언어를 혼합사용하는 방법 (Hybrid Modeling Paradigm)이 제시되었고, 이의 타당성 및 효율성 검증을 위해 모델구조물을 이용한 예제를 수행하였다.
A long-term structural health monitoring (SHM) system comprising over 700 sensors of sixteen types has been implemented on the Guangzhou Television and Sightseeing Tower (GTST) of 610 m high for real-time monitoring of the structure at both construction and service stages. As part of this sophisticated SHM system, 48 temperature sensors have been deployed at 12 cross-sections of the reinforced concrete inner structure of the GTST to provide on-line monitoring via a wireless data transmission system. In this paper, the differential temperature profiles in the reinforced concrete inner structure of the GTST, which are mainly caused by solar radiation, are recognized from the monitoring data with the purpose of understanding the temperature-induced structural internal forces and deformations. After a careful examination of the pre-classified temperature measurement data obtained under sunny days and non-sunny days, common characteristic of the daily temperature variation is observed from the data acquired in sunny days. Making use of 60-day temperature measurement data obtained in sunny days, statistical patterns of the daily rising temperature and daily descending temperature are synthesized, and temperature distribution models of the reinforced concrete inner structure of the GTST are formulated using linear regression analysis. The developed monitoring-based temperature distribution models will serve as a reliable input for numerical prediction of the temperature-induced deformations and provide a robust basis to facilitate the design and construction of similar structures in consideration of thermal effects.
Horizontal displacement of high-rise building is an essential index for assessing the structural performance and safety. In this paper, a novel inclinometer-based method is proposed to address this issue and an algorithm based on three spline interpolation principle is presented to estimate the horizontal displacement of high-rise buildings. In this method, the whole structure is divided into different elements by different measured points. The story drift angle curve of each element is modeled as a three spline curve. The horizontal displacement can be estimated after integration of the story drift angle curve. A numerical example is designed to verify the proposed method and the result shows this method can effectively estimate the horizontal displacement with high accuracy. After that, this method is applied to a practical slender structure - Shanghai Tower. Nature frequencies identification and deformation monitoring are conducted from the signal of inclinometers. It is concluded that inclinometer-based technology can not only be used for spectrum analysis and modal identification, but also for monitoring deformation of the whole structure. This inclinometer-based technology provides a novel method for future structural health monitoring.
The stability of cutting slope influences the safety of railway operation, and how to identify the stability of the slope quickly and determine the rational monitoring plan is a pressing problem at present. In this study, the attribute recognition model of risk assessment for high cutting slope stability in the heavy haul railway is established based on attribute mathematics theory, followed by the consequent monitoring scheme design. Firstly, based on comprehensive analysis on the risk factors of heavy haul railway loess slope, collapsibility, tectonic feature, slope shape, rainfall, vegetation conditions, train speed are selected as the indexes of the risk assessment, and the grading criteria of each index is established. Meanwhile, the weights of the assessment indexes are determined by AHP judgment matrix. Secondly, The attribute measurement functions are given to compute attribute measurement of single index and synthetic attribute, and the attribute recognition model was used to assess the risk of a typical heavy haul railway loess slope, Finally, according to the risk assessment results, the monitoring content and method of this loess slope were determined to avoid geological disasters and ensure the security of the railway infrastructure. This attribute identification- risk assessment- monitoring design mode could provide an effective way for the risk assessment and control of heavy haul railway in the loess plateau.
As a part of efforts to enhance construction technology, it is essential to obtain competitive technology which is future-oriented. In this paper, the current status of structural health monitoring techniques is reviewed. Also, ubiquitous system is expected in its use for further development and applications in construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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