Structural health monitoring methodology for simply supported bridges : numerical implementation

Abstract

RESUMEN: El monitoreo de daño en estructuras civiles está recibiendo actualmente gran interés por parte de investigadores debido al gran impacto económico e implicaciones de seguridad relacionadas con una temprana detección de daño estructural. Las técnicas actuales de inspección visual, que en su gran mayoría han sido desarrolladas para detectar daño estructural a nivel local, pueden ser usadas junto con un sistema de monitoreo de daño estructural para inspeccionar zonas específicas de una estructura. En este artículo se presenta una metodología de monitoreo de daño estructural para puentes simplemente apoyados, esta metodología está dividida en cuatro niveles; el primer nivel plantea una óptima localización de sensores usando el concepto de la matriz de información Fisher; para el segundo y tercer nivel se plantea una identificación del sistema estructural con base en excitaciones ambientales y finalmente en el cuarto nivel se presenta un método probabilístico que utiliza el teorema de Bayes para detectar daño estructural. Un modelo en elementos finitos de un puente a escala es empleado para llevar a cabo esta implementación numérica. Los resultados muestran que la metodología propuesta en este artículo puede ser implementada en el sistema Metro de Medellín, pues este sistema está compuesto por una serie de puentes simplemente apoyados, lo cual facilitaría y justificaría la implementación de sistemas de monitoreo de daño para todo el sistema Metro de Medellín.

ABSTRACT: Structural health monitoring of civil structures is currently receiving great amount of attention by researchers due to the economic impact and life-safety implications of early damage detection. Current visual inspection techniques, which aim to detect local damage, can be used in conjunction with a structural health monitoring system to inspect more localized regions. This paper presents a structural health monitoring methodology for simply supported bridges, which is divided into four steps; the first step deals with the optimum location of sensors using the concept of Fisher information matrix, the second and third steps use ambient excitation sources for system identification and the final step employs the Bayesian probabilistic approach to detect structural damage sites. A finite element model of a scaled bridge is used to carry out this numerical implementation. The results show that the proposed methodology can be implemented in the railway system of Medellín. The repetitive pattern of simply supported bridges can greatly facilitate the implementation of damage monitoring systems for the whole railway system.