Integrating numerical simulation and experimental data for enhanced structural health monitoring of bridges

• Autorzy: Singh Om Narayan , Dey Kaushik

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.6721

Warianty tytułu

PL

Integracja symulacji numerycznej i danych eksperymentalnych dla ulepszonego monitorowania stanu konstrukcji mostów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research described in this paper aims to enhance the structural health monitoring (SHM) of highway bridges by integrating numerical simulations with experimental data. A simply supported highway bridge is studied under traffic loads, and both numerical and experimental approaches were employed. The numerical model of the bridge was developed using ANSYS, while high-resolution experimental data were collected from velocity transducers placed at key points on the bridge. The experimental data were compared with the results from the numerical model for validation. The results showed that the natural frequencies obtained from both the experimental and numerical analyses were closely aligned, demonstrating the reliability of the model. The validated model was further used to predict long-term structural behaviours under different operational conditions, contributing to better maintenance planning and the sustainability of infrastructure. The study concludes that combining numerical simulations with experimental data improves the accuracy of SHM, enabling early detection of potential structural issues and extending the lifespan of bridges. Key findings emphasize the significant role of vehicle speed in influencing the dynamic response of the bridge, as well as the importance of considering material properties and vehicle loads in predicting structural health.

PL

Badania opisane w niniejszym artykule mają na celu poprawę monitorowania stanu konstrukcji (structural health monitoring – SHM) mostów na autostradach poprzez integrację symulacji numerycznych z danymi eksperymentalnymi. Prosto podparty most na autostradzie jest badany pod obciążeniem ruchem drogowym i zastosowano zarówno podejście numeryczne, jak i eksperymentalne. Model numeryczny mostu został opracowany przy użyciu programu ANSYS, podczas gdy dane eksperymentalne o wysokiej rozdzielczości zostały zebrane z przetworników prędkości umieszczonych w kluczowych punktach mostu. Dane eksperymentalne zostały porównane z wynikami modelu numerycznego w celu walidacji. Wyniki pokazały, że częstotliwości drgań własnych uzyskane zarówno z analiz eksperymentalnych, jak i numerycznych były ściśle dopasowane, co świadczy o niezawodności modelu. Zweryfikowany model został następnie wykorzystany do przewidywania długoterminowych zachowań strukturalnych w różnych warunkach operacyjnych, przyczyniając się do lepszego planowania konserwacji i zrównoważonego rozwoju infrastruktury. W badaniu stwierdzono, że połączenie symulacji numerycznych z danymi eksperymentalnymi poprawia dokładność SHM, umożliwiając wczesne wykrywanie potencjalnych problemów strukturalnych i wydłużając żywotność mostów. Kluczowe wyniki badań podkreślają istotną rolę prędkości pojazdu we wpływie na dynamiczną reakcję mostu, a także znaczenie uwzględnienia właściwości materiału i obciążeń pojazdu w przewidywaniu stanu konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

structural health monitoring; natural frequency; mode shape; Finite Element Modeling; ANSYS; highway bridges

PL

monitorowanie stanu konstrukcji; częstotliwość drgań własnych; mode shape; modelowanie metodą elementów skończonych; ANSYS; mosty na autostradach

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 15, nr 1
• Strony: 22--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Singh Om Narayan

• Indian Institute of Technology, Department of Mining Engineering, Kharagpur, India

• https://orcid.org/0009-0009-4860-6099+

autor

Dey Kaushik

• Indian Institute of Technology, Department of Mining Engineering, Kharagpur, India

• https://orcid.org/0000-0002-0528-5362+

Bibliografia

• [1] Biggs J. M., Suer H. S.: Vibration measurements on simple-span bridges. Highway Research Board Bulletin (124), 1956.
• [2] Carden E. P., Brownjohn J. M.: ARMA modelled time-series classification for structural health monitoring of civil infrastructure. Mechanical systems and signal processing 22(2), 2008, 295–314.
• [3] Doebling S. W., Farrar C. R., Prime M. B.: A summary review of vibration based damage identification methods. Shock and vibration digest 30(2), 1998, 91–105.
• [4] Farahani R. V., Penumadu D.: Damage identification of a full-scale five-girder bridge using time-series analysis of vibration data. Engineering Structures 115, 2016, 129-139.
• [5] Farhey D. N.: Integrated virtual instrumentation and wireless monitoring for infrastructure diagnostics. Structural Health Monitoring 5(1), 2006, 29–43.
• [6] Farrar C. R., Jauregui D. A.: Comparative study of damage identification algorithms applied to a bridge: I. Experiment. Innovative materials and structures 7(5), 1998, 704.
• [7] Lynch J. P.: An overview of wireless structural health monitoring for civil structures. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 365(1851), 2007, 345–372.
• [8] Neitzel F. et al.: Vibration monitoring of bridges. Reports on Geodesy z.1(90), 2011, 331–340.
• [9] Noman A. S., Deeba F., Bagchi A.: Health monitoring of structures using statistical pattern recognition techniques. Journal of performance of constructed facilities 27(5), 2013, 575–584.
• [10] Ragland W. S., Penumadu D., Williams R. T.: Using geophones for nondestructive evaluation of full-scale bridges. Transportation research record 2201(1), 2010, 45–52.
• [11] Siddique A. B., Sparling B. F., Wegner L. D.: Assessment of vibration-based damage detection for an integral abutment bridge. Canadian Journal of Civil Engineering 34(3), 2007, 438–452.
• [12] Wang Y. et al.: Vibration monitoring of the Voigt Bridge using wired and wireless monitoring systems. 4th China-Japan-US symposium on structural control and monitoring, 2006, 16–17.
• [13] Zanjani Zadeh V., Patnaik A.: Finite element modelling of the dynamic response of a composite reinforced concrete bridge for structural health monitoring. Int J Adv Struct Eng 6(2), 2014, 1–14.