+ All Categories
Home > Documents > Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing...

Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing...

Date post: 01-Oct-2020
Category:
Upload: others
View: 0 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
60
Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) Structural health monitoring of new and ageing infrastructure Programme and Abstract Book Queen’s University Belfast, Northern Ireland 26 th – 27 th May 2016
Transcript
Page 1: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

 

 

  

 

 

 

Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) Structural health monitoring of new and ageing infrastructure

Programme and Abstract Book

Queen’s University Belfast, Northern Ireland 26th – 27th May 2016

Page 2: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

General Information

   

2 CSHM6 

WORKSHOP VENUE

School of Planning, Architecture & Civil Engineering 

Queen’s University Belfast 

David Keir Building, 39‐123 Stranmillis Road 

Belfast BT9 5AG, Northern Ireland 

UK 

Web: www.qub.ac.uk/space  

SOCIAL PROGRAMME

Workshop  Dinner  at  the  Queen’s  University  Great  Hall:  18:00  on 

Thursday, 26th May 2016 

Optional: Game of Thrones tour: 09:00 – 18:00 on Saturday, 28th May 2016 

o Tour cost per person: £36  

o Ticket(s) can be purchased at registration  

EXHIBITION

Specialist  companies  in  the  field  of Civil  Structural Health Monitoring will 

exhibit their equipment and capabilities. 

List of Exhibitors

BeanAir; Berlin, Germany 

HBM United Kingdom Ltd; Middlesex, UK 

McFarland Associates Ltd; Belfast, Northern Ireland, UK 

Sengenia Ltd; Dollingstown, Northern Ireland, UK 

INTERNET SERVICE

Free  internet  access  is  available  via wireless  network.  Login  details will  be 

provided  at  registration. No  technical  support  is  provided;  delegates must 

assume responsibility for PC security. 

 

Cover images adapted from photos: ©Copyright Stuart Yates; ©Copyright Rossographer  

and licensed for reuse (https://creativecommons.org/licenses/by‐sa/2.0/deed.en) 

Page 3: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

General Information

   

CSHM6     3 

WORKSHOP ORGANISATION

CO-CHAIRS

Prof. Su Taylor 

Queen’s University Belfast, DKB, Stranmillis Rd, Belfast, BT9 5AG, Northern 

Ireland, UK 

Phone: +44 (0)28 90974010 

Email: [email protected][email protected] 

Dr.‐Ing. Wolfgang R. Habel  

BAM Federal  Institute  for Materials Research and Testing, Unter den Eichen 

87, 12205, Berlin, Germany  

Phone: +49 30 8104‐1916 

E‐mail: [email protected]  

Secretariat

D. Hester, Queen’s University Belfast, UK 

G. Amato, Queen’s University Belfast, UK 

M. Lydon, Queen’s University Belfast, UK 

Organising Committee

S. Taylor, Queen’s University Belfast, UK 

F. Ansari, University of Illinois, Chicago, USA 

S. Donohue, Queen’s University Belfast, UK 

W. R. Habel, BAM, Berlin, Germany 

B. McFarland, McFarland Associates Ltd, Belfast, UK 

A. Mufti, University of Manitoba, Winnipeg, Canada 

Programme Committee

S. Taylor, Queen’s University Belfast, UK 

G. Amato, Queen’s University Belfast, UK 

S. Donohue, Queen’s University Belfast, UK 

D. Hester, Queen’s University Belfast, UK 

M. Lydon, Queen’s University Belfast, UK 

P. McGetrick, Queen’s University Belfast, UK 

M. Sonebi, Queen’s University Belfast, UK 

Page 4: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Workshop Topics

   

4 CSHM6 

 

Structural health monitoring of new and ageing infrastructure 

The Civil Structural Health Monitoring (CSHM) workshop was established to 

promote discussion and develop sustainable solutions for  infrastructure with 

an  extended  service  life. Key  topics  include  developing  an  IT‐based  bridge 

health monitoring  system,  incorporating  the  latest  information  technologies 

for  lifetime management  of  existing  bridges,  and managing  data  collection 

systems designed for bridge health monitoring.  

The most  recent CSHM workshops were held  in Berlin, Germany Nov.  6‐8, 

2012  and  Yamaguchi,  Japan Oct  24‐26,  2013  respectively.  These workshops 

provided a forum for the efficient exchange of ideas on the latest information 

processing  technologies  applied  to  civil  infrastructure  and  intelligent 

structural health monitoring techniques.  

The economic analysis of SHM methods was also discussed as  in developed 

countries the large proportion of aging small and medium infrastructure raises 

concerns for long term management and impacts decision‐making on essential 

civil infrastructure service life strategies. 

This year at CSHM‐6 Belfast a new session on geotechnical monitoring of civil 

infrastructure  is  introduced  to  extend  the  holistic  approach  to  SHM  of 

infrastructure.  

Topics for CSHM‐6 Belfast include: 

• Monitoring strategies  for  the evaluation of structures exceeding 

their design life 

• Management of structures exceeding their design life         

• Geotechnical monitoring of civil infrastructure to extend life and 

improve safety 

• Addressing challenges in the practical application of structural 

health monitoring to civil infrastructure 

Page 5: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Workshop Session Overview

   

CSHM6     5 

 

The workshop has been divided into four sessions as follows: 

 

Session 1:  Sensors and structural health monitoring systems 

Session 2:  Structural health monitoring strategies for bridge structures 

Session 3:  Geotechnical monitoring of civil infrastructure  

Session 4:  Challenges in practical application of SHM systems  

 

Each presentation is allocated 15 minutes in total; the session chair will notify 

the presenter when  they have 2 minutes remaining. An additional 5 minutes 

are allocated to allow for questions and discussion after each presentation (~20 

minutes). 

Presenting  authors  are kindly  asked  to prepare  their presentation using MS 

PowerPoint and save  it on a USB drive for uploading to the computer  in the 

session room. Please upload your presentation at  least 15 minutes before  the 

start of the session. 

All poster authors will have  the opportunity  to present a 2 minute  ‘elevator 

pitch’ at the end of the sessions prior to lunch. Please ensure your presentation 

is uploaded to the computer in the session room. 

All paper contributions and posters are available on the USB drive provided. 

 

 

 

 

 

Page 6: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Workshop Session Overview

   

6 CSHM6 

MAY 26th (THURS) MAY 27th (FRI) 08:00 Registration

(Tea and coffee) Registration (Tea and coffee) 08:30

09:00 Keynote Lecture Keynote Lecture 09:30

Session 1 (DKB/LG/024)

Session 3 (DKB/LG/024)

09:50 10:10 10:30 10:50 Coffee break Coffee break 11:20

Session 1 cont. (DKB/LG/024)

Session 3 cont. (DKB/LG/024)

11:40 12:00 12:20

12:40 Elevator Pitch Session (DKB/LG/024)

Elevator Pitch Session (DKB/LG/024)

13:00 Lunch Lunch 14:00 Keynote Lecture Keynote Lecture 14:30

Session 2 (DKB/LG/024)

Session 4 (DKB/LG/024) 14:50

15:10 15:30 Coffee break Coffee break 16:00

Session 2 cont. (DKB/LG/024)

Session 4 cont. (DKB/LG/024)

16:20 16:40 17:00 17:20 17:40 Closing Comments Closing Comments

18:00 Workshop Dinner

(Great Hall, The Lanyon Building, Queen's University Belfast)

 

Note: All keynote lectures and sessions will take place in room DKB/LG/024 

Page 7: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Programme Thursday, 26th May 2016

   

CSHM6     7 

 

08:00

Registration  

(Tea and coffee) 

KN1 09:00

Keynote Lecture 1: Prof. Hui Li 

Data Science and Engineering in Structural Health Monitoring 

Session 1: Sensors and structural health monitoring systems 

S1-1 09:30

Recent Contributions to Strain‐Based Structural Health Monitoring 

using Long‐Gauge Fiber Optic Sensors – An Overview 

Glisic, B., Sigurdardottir, D.H., Abdel‐Jaber, H., Kliewer, K., Li, X., Reilly, J. 

S1-2 09:50

Damage Detection of Concrete Elements Retrofitted With TRM or 

FRP  Jackets:  A  Comparison  Between  Equivalent  Strengthening 

Systems 

Tzoura,  E.A.,  Laory,  I.,  Triantafillou,  T.C.,  Choutopoulou,  E.,  Kollia  C., 

Basheer, P.A.M. 

S1-3 10:10

A  Framework  for  Rail  Integrity  Assessment  Based  on  Rolling 

Vertical Deflection Measurements  

Nafari, S.F., Gül, M., Cheng, J.J.R. 

S1-4 10:30

Ambient Vibration Analysis of a Strategic Base Isolated Building 

Bongiovanni, G., Buffarini, G., Clemente, P., Saitta, F., Serafini, S., Felici, P. 

10:50 Coffee Break 

S1-5 11:20

Monitoring Wooden Warren Truss Hangars to Extend  their Design 

Life 

Locklin, L., Orellana, J., Akhras G. 

S1-6 11:40

Dynamic  Monitoring  System  for  Utility‐Scale  Wind  Turbines: 

Damage Detection and Fatigue Assessment 

Oliveira, G., Magalhães, F., Cunha, Á., Caetano, E. 

 

 

Page 8: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Programme Thursday, 26th May 2016

   

8 CSHM6 

 

S1-7 12:00

Large  Scale  Parallel  Neural  Network  for  Structural  Damage 

Identification 

Park, K.T., Darsono, D., Torbol, M. 

S1-8 12:20

Compressive  Sensing  for Wireless  Sensors  and  Sensor Networks  in 

Structural Health Monitoring 

Bao, Y. and Li, H. 

12:40 Elevator Pitch Session

13:00 Lunch 

KN2 14:00

Keynote Lecture 2: Prof. F. Necati Catbas 

Monitoring Strategies  for  the Evaluation of Structures Exceeding 

their Design Life 

 

Session 2: Structural health monitoring strategies for bridge structures

S2-1 14:30

Instantaneous Curvature in Bridge Damage Detection

Sevillano, E., OBrien, E.J., Martinez, D. 

S2-2 14:50

Analysis of Load Test on Composite I‐Girder Bridge

Huseynov, F., Brownjohn J.M.W., OBrien E.J., Hester, D. 

S2-3 15:10

Sources  of  Errors  Identified  in  Fatigue Assessment  of Ageing  Steel 

Bridge Integrating BWIM System  

Faraz, S., Helmi, K., Algohi, B., Bakht, B., Mufti, A. 

15:30 Coffee Break 

S2-4 16:00

Monitoring  and  Evaluation  of  a  Stayed  Bridge During  a  Structural 

Failure 

Carrion, F.J., Quintana, J.A., Crespo, S.E. 

 

 

Page 9: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Programme Thursday, 26th May 2016

   

CSHM6     9 

 

S2-5 16:20

Workshop on Bridge Health Monitoring for the ‘End of Service Life’ 

of Bridges 

Peelen, W.H.A., Klatter, L., Brownjohn, J.M.W. 

S2-6 16:40

The  Influence  of  Varying  Temperature  on  Measures  of  Bridge 

Health Monitoring  ‐ Problem Description and Possible Accounting 

Approaches 

Baessler, M. and Hille, F. 

S2-7 17:00

Field  Testing  of  a Drive‐By  Monitoring  System  For  Transport 

Infrastructure Utilising GPS 

McGetrick, P.J., Hester, D., Lydon, M., Amato, G., Taylor, S.E. 

S2-8 17:20

Ground  Penetrating  Radar  in  Built  Structures  (Bridges,  Docks, 

Airport Runways, Railway Lines): Successes and Failures 

Ruffell, A., Taylor, S.E., Hughes, D. 

17:40 Closing Comments 

18:00 Workshop Dinner

(Great Hall, The Lanyon Building, Queenʹs University Belfast) 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Programme Friday, 27th May 2016

   

10 CSHM6 

 

08:00

Registration  

(Tea and coffee) 

KN3 09:00

Keynote Lecture 3: Dr Paolo Mazzanti 

Toward Transportation Asset Management: Which is the Role 

of Geotechnical Monitoring? 

Session 3: Geotechnical monitoring of civil infrastructure

S3-1 09:30

Critical Aspects when using Total Stations and Laser Scanners for 

Geotechnical Monitoring 

Lienhart, W. 

S3-2 09:50

Photogrammetric and Conventional Deformation Monitoring of an 

Existing Tunnel while  a New Cross‐Passage Tunnel  is Excavated 

through its Concrete Lining for AWAKE Project at CERN 

Alhaddad, M., Di‐Murro, V., Acikgoz, S., Soga, K., Morton, R.F., Weber, 

R. 

S3-3 10:10

Aged  Embankment  Characterisation  using  Non‐Invasive 

Geophysics 

Gunn, D., Dashwood, B., Chambers, J.E., Dijkstra, T., Uhlemann, S., Swift, 

R. Kirkham, M. & Donohue, S. 

S3-4 10:30

Settlement‐Induced Damage Monitoring  of  a Historical Building 

Located in a Coal Mining Area using PS‐Insar 

Bejarano‐Urrego, L., Verstrynge, E., Van Balen, K., Wuyts, V., Declercq, 

P.Y. 

10:50 Coffee Break 

S3-5 11:20

Non‐Invasive  Geophysics  for  the Water  Content Monitoring  of 

Earthen Embankments 

Utili, S. 

S3-6 11:40

Geotechnical Monitoring ‐ Case Studies

Doherty, P. 

Page 11: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Programme Friday, 27th May 2016

   

CSHM6     11 

 

S3-7 12:00

Geotechnical Monitoring  of  Infrastructure  using  Distributed  Fibre 

Optic Sensing: Project Examples, Results and Limitations 

Iten, M., Fischli, F. & Puzrin, A.M. 

S3-8 12:20

Geotechnical  Investigation  and  Basement Reinforcement  of  BEIAN 

Covered Bridge  

Tang, Y.J. 

12:40 Elevator Pitch Session

13:00 Lunch 

KN4 14:00

Keynote Lecture 4: Prof. Mohamed A. Zaki 

Lessons Learned from HBRC Infrastructure Testing Activities  in 

Egypt 

Session 4: Challenges in practical application of SHM systems

S4-1 14:30

Statistical Hypothesis Test  for Damage Detection of  a Truss Bridge 

Utilizing  a  Damage  Indicator  from  a  Multivariate  Autoregressive 

Model 

Goi, Y. and Kim, C.W. 

S4-2 14:50

Strategies  for Assessing  the Structural Performance of Electric Road 

Infrastructures  

Ceravolo, R., Miraglia, G., Surace C. 

S4-3 15:10

System Identification Analysis using Ambient Vibration Testing for a 

Reinforced Concrete Building 

Merino, Y. and Botero, J.C. 

15:30 Coffee Break 

S4-4 16:00

Health Monitoring of Steel Structure in Oil Refinery Plant 

Hee, L.M. and Leong, M.S. 

 

 

Page 12: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Programme Friday, 27th May 2016

   

12 CSHM6 

 

S4-5 16:20

Monitoring  Based  Fatigue  Damage  Prognosis  of  Wind  Turbine 

Composite Blades under Uncertain Wind Loads 

Zhang, C. and Chen, H.P. 

S4-6 16:40

Abercorn Bridge – An Innovative Approach for Bridge Remediation  

O’Higgins, C., McFarland, B., Callender, P., Taylor, S.E., Gilmore, D. 

S4-7 17:00

Challenges  Associated  with  Integrating  a  Corrosion  Monitoring 

System into a Facility Wide Structural Health Monitoring System 

Gooderham, T., John, G., Viles, S., Anderson, M. 

S4-8 17:20

Distributed Strain Monitoring of Tunnels

Paris, J.B., Michelin, F., Maraval, D., Lamour, V.  & Medrano, C. 

17:40 Closing Comments 

 

Page 13: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Posters

   

CSHM6     13 

 

P1 Application of Intelligent Structural Monitoring Based on IPv6 

Hong, W.X., Fang, C., Yao, H.B., Li, L.J. 

P2 A  Strain  Correlation  Based  Damage  Detection  Framework  for 

Railway Bridges 

Azim, M.R., Renker, F., Gül, M., Cheng, J.J.R., Bindiganavile, V.   

P3 Static  and Dynamic  Elastic Moduli  of Historical  Brick Masonry 

Subjected to Freeze‐Thaw Cycles 

Merli, F., Tang, Y.J. 

P4

Moving Force Identification as a Bridge Damage Indicator 

Sevillano, E., OBrien, E.J., Fitzgerald P.C. 

 

   

Page 14: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Keynote Lectures KN1

   

14 CSHM6 

Keynote Lecture 1: 09:00, Thursday, 26th May 2016

Data Science and Engineering in Structural Health Monitoring

Li, H.1, Bao, Y.1, Li, S.2, Zhang, D.1, Zhou, W.1

1Center of Structural Health Monitoring and Control, School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, China

2School of Transportation Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, China

 

Hundreds of civil infrastructure have been implemented with structural health 

monitoring (SHM) systems in China. The SHM systems have generated huge 

data. All  the structural  loads, environmental actions,  response, behavior and 

performance  are  embedded  in  the  data.  Therefore,  data  analysis  is  a  very 

crucial  issue  in  structural  health monitoring  field.  The  authors  propose  the 

research  topic  of  SHM  data  science  and  engineering,  which  include  data 

acquisition,  data  transmission,  data  storage  and  management,  and  data 

analysis. Data analysis can be categorized two levels, i.e. data‐driven level and 

model‐based  level. For data‐driven  level,  some machine  learning algorithms 

have been proposed to use in SHM data analysis, including wind speed, wind‐

induced  vibration,  earthquake  damage  detection,  and  condition  assessment 

based  on  long‐term monitoring  cable  tension,  strain  and  displacement.  For 

model‐based  level,  the  framework  of  safety  evaluation  based  on  structural 

health monitoring  is first proposed. Then the spatial‐temporal distribution of 

vehicle  is  identified using computer vision  technique and  then modelling by 

using Markov  unidirection  graphic model.  The  deep  learning  algorithm  is 

used to learn and predict local minor damage (corrosion, crack, defaults, etc.) 

based on  computer vision  technique. Then  a multiple‐scale model updating 

approach is proposed based on the local minor damage detection results and 

modal identification results. The identification approaches of cable tension in 

real  time  are  proposed.  The  condition  assessment  and  safety  evaluation  of 

structures including ultimate capacity and fatigue are conducted based on the 

monitoring loads and responses, and updated model. 

Page 15: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Keynote Lectures KN2

   

CSHM6     15 

Keynote Lecture 2: 14:00, Thursday, 26th May 2016

Monitoring Strategies for the Evaluation of Structures Exceeding their Design Life

F. Necati Catbas1,2

1Professor, Department of Civil, Environmental and Construction Engineering, University of Central Florida, Orlando, USA ([email protected])

2Visiting Professor, Department of Civil Engineering, Bogazici University, Istanbul, Turkey

 

There are  several  scenarios, which may  justify  the maintenance,  retrofit and 

decommissioning, based on  the results of  field monitoring, experiments, and 

use of  field‐calibrated analytical models  for simulating an actual constructed 

system. As such, there are different strategies for the evaluation of structures 

exceeding  their  design  life.  In  that  context,  some  scenarios  that  can  be 

considered  are  given  as:  i)  Structural  intervention, modification,  retrofit  or 

hardening due  to  changes  in use‐modes,  codes,  aging, and/or  for  increasing 

system‐reliability  to  more  desirable  levels,  ii)  Health  and  performance 

monitoring for operational and maintenance management of large systems; iii) 

Asset  management  of  a  population  of  constructed  systems.  In  this 

presentation,  such  considerations will  be  discussed  along with  case  studies 

where conventional and novel methods of monitoring can be implemented.  

 

Page 16: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Keynote Lectures KN3

   

16 CSHM6 

Keynote Lecture 3: 09:00, Friday, 27th May 2016

Toward Transportation Asset Management: Which is the Role of Geotechnical Monitoring?

Mazzanti, P.1,2

1NHAZCA S.r.l., spinoff “Sapienza” University of Rome, Via Cori snc, 00177, Rome

2Department of Earth Sciences, “Sapienza” University of Rome, P.le Aldo Moro n.5, 00185, Rome

 

The increasing need of ground transportation is requesting for more effective 

Transportation Assets Management plans. Geotechnical assets are vital for the 

efficiency  of  transportation  corridors  and  geotechnical monitoring  can  be  a 

powerful tool in supporting the management of transportation assets for both 

efficiency and safety purposes. Thanks to the technological evolution observed 

in  the  last  years,  several  new  technologies  are  now  available  to  perform 

effective  geotechnical monitoring. Ranging  from  remote  satellite  systems  to 

contact  apparatus  today  it  is  possible  to  perform  a multi‐scale  approach  in 

space  and  time,  thus  supporting management  and decision making.  In  this 

paper, three main categories of geotechnical monitoring are considered, on the 

basis  of  the  “monitoring  purpose”,  i.e.  knowledge  monitoring,  control 

monitoring  and  emergency  monitoring.  Furthermore,  a  STN  (Space‐Time‐

Need)  diagram  is  proposed  as  a  simple  graphic  tool  for  the  design  of  an 

effective monitoring plan  that  accounts  for both  the  technical  capabilities of 

the available monitoring technologies and the specific monitoring needs. 

 

 

 

 

Page 17: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Keynote Lectures KN4

   

CSHM6     17 

Keynote Lecture 4: 14:00, Friday, 27th May 2016

Lessons Learned from HBRC Infrastructure Testing Activities in Egypt

Zaki, M. A.

Head of Structures & Steel Construction Research Institute, HBRC, Egypt

 

As  the  structural  health  monitoring  of  infrastructure  is  based  on  field 

measurements,  it  is  crucial  to  transfer  the  technical  personal  experiences 

learned  through  each  field  application  to  the  relevant  engineering 

communities. Also as new trends in engineering learning are rapidly evolving 

it is strongly suggested for SHM to benefit from possible tools to disseminate 

personal  practical  expertise  as  a  basic  part  in  its  science.  Such  personal 

experiences  form  especially  in SHM a deciding  factor  in  the usefulness of a 

whole  campaign.  This  includes  the  capture  of  meaningful  data  and  the 

selection  of  optimum  analyses  options  among  other  experiences which  are 

seldom found or easy to grasp through literature. Presented here is the modest 

contribution  of  such  knowledge  from  Egyptian  field  testing  experiences  on 

infrastructure.  The  tested  structures  types  include  cable  stayed  roadway 

bridges,  railway  bridges,  buildings,  guyed  towers, wind  turbine masts  and 

historical monuments. Presenting these case studies also gives an overview of 

the  local  SHM  activities  in  this  part  of  the world.  They  are  also meant  to 

encourage much  larger  practical  lessons  exchange  between  all  parts  of  the 

world.  

 

 

 

 

 

Page 18: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

18 CSHM6 

S1-1

Recent Contributions to Strain-Based Structural Health Monitoring using Long-Gauge Fiber Optic Sensors – An Overview

Glisic, B.1, Sigurdardottir, D.H.1,2, Abdel-Jaber, H.1, Kliewer, K.1, Li, X.1, Reilly, J.1

1 Department of Civil and Environmental Engineering, Princeton University, Princeton NJ, USA

2 Ramboll, Stockholm, Sweden

 

Strain distributions  are well‐known  indicators of  structural health  condition 

(SHM)  and  performance.  Indeed,  strain  is  one  of  the  most  monitored 

parameters  in  structures  since  creation  of  the  strain‐gauge  in  1938,  and 

especially  since  development  of  embeddable  vibrating‐wire  strain  sensor  in 

1958. Development of long‐gauge fiber optic sensors in early 1990’s, combined 

with  advancements  in  informatics  technologies,  transformed  the  strain 

monitoring by  enabling  long‐term  SHM  at global,  structural  level.  In  recent 

years,  SHMlab  at  Princeton  University  has  been  focusing  on  creation  of 

systematic, universal,  strain‐based SHM methods  that  can be used  to  assess 

wide  range  of  structural  parameters  relevant  for  evaluation  of  structural 

health  condition  and  performance.  These  parameters  are  location  of  the 

neutral  axis,  deformed  shape,  prestressing  force  distribution,  dynamic‐

curvature correlations, and  temperature‐strain‐displacement correlations. For 

each method, a set of algorithms  for  the  implementation, as well as rigorous 

evaluation of uncertainties is envisaged. The first three methods are currently 

at advanced stage, while the two latter methods are at initial stage of creation. 

This paper overviews these methods and presents the effectiveness of the first 

three methods in real‐life settings. 

   

Page 19: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

CSHM6     19 

S1-2

Damage Detection of Concrete Elements Retrofitted with TRM or FRP Jackets: A Comparison between Equivalent Strengthening Systems

Tzoura, E. A.1, Laory, I.2, Triantafillou, T. C.3, Choutopoulou, E.3, Kollia C.3, Basheer, P.A.M.1

1 School of Civil Engineering, University of Leeds, Leeds, LS2 9JT, UK

2 School of Engineering, University of Warwick, Coventry, CV4 7AL, UK

3 Department of Civil Engineering, University of Patras, Patras, GR-26500, Greece

 

This  paper  presents  the  experimental  procedure  for  damage  detection  on 

concrete  cylinders  retrofitted  with  TRM  (textile‐reinforced  mortar)  or  FRP 

(fiber‐reinforced polymer) jackets. The strengthening systems were equivalent 

so  that  a  direct  comparison  of  the  results  were  possible.  A  comparison 

between the two composite materials (TRM and FRP) was made according to 

their behaviour in damage detection. For the damage detection of the elements 

an  innovative wireless measurement system was used. For  this purpose  lead 

zirconate  titanate  (PZT)  transducers were externally placed on  the retrofitted 

elements.  Measurements  of  the  voltage  across  the  PZT  transducers  were 

obtained  at  various  strain  values  during  the  experimental  procedure.  The 

variation  of  the  voltage  measurements  indicated  the  propagation  of  the 

damage which was quantified by two damage indices, which were compared. 

It is concluded that the sensitivity in damage detection of the PZT transducers 

in  combination  with  the  proposed  measurement  system  is  quite  high. 

However, damage detection at an early stage is mainly dependent on the load 

and deformation capacity of the element and not on the strengthening material 

itself. 

   

 

Page 20: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

20 CSHM6 

S1-3

A Framework for Rail Integrity Assessment Based on Rolling Vertical Deflection Measurements

Nafari, S.F.1, Gül, M.1, Cheng, J.J.R.1

1 Department of Civil & Environmental Engineering, University of Alberta, Canada

  

The  rolling  deflection measurement  system  developed  at  the University  of 

Nebraska‐  Lincoln  (commercially  known  as  MRail  technology)  under  the 

sponsorship  of  Federal  Railroad  Administration  is  one  of  the  most  recent 

technologies that have potential to provide a practical approach for estimating 

track  stiffness  and  rail  bending  stresses  along  large  rail  networks.  MRail 

measures  the  relative vertical distance  (referred  to  as Yrel) between  the  rail 

surface  and  the  rail/wheel  contact  plane  at  a  distance  of  1.22 m  from  the 

nearest wheel  to  the  sensor  system. This paper presents  some of  the  results 

from our ongoing project, which aims to develop a framework for quantifying 

track modulus  and  rail bending  stress based on Yrel measurements. Within 

this  study,  a  detailed  finite  element  model  was  developed  to  simulate 

stochastic nature of  track modulus. Data generated using  the FEM was  then 

used  to  investigate  the correlation of  the  relative vertical deflection with  the 

track modulus and rail bending moment when foundation stiffness is variable. 

It  was  shown  that  different  mathematical  models  and  approaches  can  be 

developed  to  estimate  track modulus  and  rail  bending  stresses  using  Yrel 

measurements. 

Page 21: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

CSHM6     21 

S1-4

Ambient Vibration Analysis of a Strategic Base Isolated Building

Bongiovanni, G.1, Buffarini, G.1, Clemente, P.1, Saitta, F.1, Serafini, S. 1, Felici, P.2

1 ENEA, Casaccia Research Centre, Rome, Italy

2 Umbria Region, Perugia, Italy

 

The experimental dynamic analysis of a base  isolated building  is analysed. It 

was carried out in the framework of its dynamic characterization. The building 

has a hemispherical  shape with  three  floors  and an underground  floor. The 

superstructure  is  formed  by  ten  arch  elements  equally  spaced  along  the 

perimeter, connected by a ring beam at  the  top springing and by  three other 

ring beams at the three floors. A prestressed concrete cylinder, containing all 

the  facilities,  is suspended at  the  top  ring.  It  is connected  to  the other  floors 

and  continues down  in  the  underground  floor without  other  supports. The 

lower floor, at the diameter plane of the dome, is composed by ribbed plate. At 

the  lower springing of  the  ten arches  the superstructure  is supported by  ten 

isolation  devices,  which  transfer  the  loads  to  the  foundations.  These  are 

composed  by  concrete  plinths  supported  by  four  piles.  The  height  of  the 

building is 22 m, the diameter at the base is 31 m. The recorded data revealed a 

behaviour quite different  from  the expected one under strong seismic events 

due to the different stiffness of the rubber bearings.  

   

Page 22: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

22 CSHM6 

S1-5

Monitoring Wooden Warren Truss Hangars to Extend their Design Life

Locklin, L.1, Orellana, J.2, Akhras G.2

1Civil Engineering Cell Commander,1 ESU Canadian Armed Forces, Kingston, Canada

2Center for Smart Materials and Structures, Royal Military College, Kingston, Canada

 

The  Canadian  Forces  (CF)  maintains  close  to  80  wooden  Warren  truss 

buildings  that were  initially  constructed  as  temporary  structures during  the 

World War II Era. Within a few months of construction, significant shrinkage 

and  cracking  began  to  take  place.  Various  repairs  and  inspection methods 

have been tried over the years but the remaining structures continue to pose 

structural  integrity  concerns.  Regular  inspections  are  not  sustained  and 

recommended  repairs  are  often  costly  and  over  conservative.  A  Structural 

Health Monitoring  (SHM)  system  is  applied  to  extend  the  design  life  and 

improve the safety of these structures.  

This  work  investigated  applicable  methods  of  SHM  in  order  to  attain  an 

understanding  of  the  long‐term  performance  under  service  load  as well  as 

detect and  identify  the severity of damage. The evaluation of various sensor 

types  and methods of data  collection  are  reviewed  in order  to develop  and 

select a suitable SHM system. Electrical strain gauges have been in place since 

2012 and Fiber optic  sensors have been  recently  installed. The  current SHM 

system is fixed on three of the eleven trusses. This paper presents the results of 

the preliminary study and its conclusions. 

   

Page 23: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

CSHM6     23 

S1-6

Dynamic Monitoring System for Utility-Scale Wind Turbines: Damage Detection and Fatigue Assessment

Oliveira, G.1, Magalhães, F.1, Cunha, Á.1, Caetano, E. 1

1 CONSTRUCT/ViBest, Faculty of Engineering (FEUP), University of Porto, Portugal

 

Wind turbines are designed to last about 20 years. However, at the end of this 

period,  information  regarding  the  actual  structural  condition  of  the  wind 

turbine is reduced or even null. Considering the heavy upfront investment for 

the  installation  of  a  turbine,  the  possibility  of  extend  its  life  period  may 

represent an opportunity to increase the profitability of the operation. In that 

sense, a dynamic monitoring system is being developed by the Laboratory of 

Vibrations and Structural Monitoring  (ViBest, www.fe.up.pt/vibest) of FEUP 

for  implementation  on  utility‐scale wind  turbines.  This monitoring  system, 

based on automated  techniques of Operational Modal Analysis (OMA), aims 

to deliver  important  information  regarding  the actual  condition of  the wind 

turbine: early detection of structural changes  (i.e. damage) and evaluation of 

fatigue condition of the support structure. 

Following an automated processing methodology, this system may represent 

an  important  tool  for  considering different  strategies  about  the  extension of 

the design life time of wind turbine structures. 

 

 

   

   

Page 24: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

24 CSHM6 

S1-7

Large Scale Parallel Neural Network for Structural Damage Identification

Park, K.T.1, Darsono, D.1, Torbol, M.1

1 School of Urban and Environmental Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology, Ulsan, Republic of Korea

 

This study attempts a new damage identification approach for civil structures. 

The method uses a wireless sensor network to record the dynamic behaviour 

of  the  structures.  After  the  entire  signals  from  the  sensor  network  are 

synchronized,  an  auto  regressive  (AR)  analysis  of  varying  model  order 

computes  the AR  coefficients  from  the  signals. The AR  coefficients obtained 

are used  to  conduct eigen‐value  realization analysis  (ERA)  for obtaining  the 

experimental modal  properties  of  the  system. A  large  scale  neural  network 

takes  the  AR  coefficients  as  input,  and  it  computes  the  submatrix  scaling 

factors  (SSF) associated with  an  equivalent parametric  finite  element model. 

The  SSFs  identify  the  damaged  elements within  a  structure  but  the  neural 

network has to be trained to obtain reliable SSF results. The training process is 

done by  comparing  the  experimental modal properties  and  the FEM modal 

properties. Because the process includes the huge size of neural network with 

a large number of AR coefficients a normal sequential algorithm is not suitable 

for solving this problem. Instead, a parallel neural network is built on graphic 

processing units (GPU) to exploit superfast computational performance of it. 

   

Page 25: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 1

   

CSHM6     25 

S1-8

Compressive Sensing for Wireless Sensors and Sensor Networks in Structural Health Monitoring

Bao, Y. and Li, H.

Center of Structural Health Monitoring and Control, School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, China

 

Wireless  sensor  technology‐based  structural  health  monitoring  (SHM)  has 

been widely investigated recently. This paper presents the new developments 

and applications of compressive sensing (CS) for wireless sensors and sensor 

networks‐based  SHM  in  our  research  group.  Frist,  the  group  sparse 

optimization  based  CS  for  data  sampling  and  recovery  of  wireless  sensor 

network  is  introduced.  Then,  the  lost  data  recovery  for wireless  sensors  is 

presented.  CS  provides  a  data  loss  recovery  technique,  which  can  be 

embedded  into  smart  wireless  sensors  and  effectively  increases  wireless 

communication reliability without re‐transmitting the data; the promise of this 

approach is to reduce communication and thus power savings. To embed into 

the  smart  sensor,  a  method  called  random  demodulator  is  employed  to 

provide memory  and  power  efficient  construction  of  the  random  sampling 

matrix. The program is embedded into the Imote2 smart sensor platform and 

tested  in a series of sensing and communication experiments and  field  tests. 

Lastly,  the  fast moving wireless  sensing  technique  is presented. For  the  fast 

moving wireless data  transmission,  the Doppler  effects  are  the main  reason 

causing data packet loss. A field test on a cable‐stayed bridge is performed to 

valid the ability of the CS‐based robust wireless data transmission approach in 

obtaining high‐quality data for the fast‐moving wireless sensing technique. 

 

 

 

 

 

Page 26: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

26 CSHM6 

S2-1

Instantaneous Curvature in Bridge Damage Detection

Sevillano, E.1, OBrien, E.J.1, Martinez, D.1

1 School of Civil, Structural & Environmental Engineering, University College Dublin, Dublin 4, Ireland

 

Among all the Structural Health Monitoring (SHM) recent methods found  in 

literature, drive‐by monitoring has demonstrated to be promising for damage 

detection purposes, particularly in bridges. As curvatures can be derived from 

displacement measurements  taken by  this method,  they can also be used  for 

damage  detection, which  has  already  been  successfully  demonstrated.  This 

paper  describes  the  use  of  Instantaneous  Curvature  (IC)  for  that  purpose. 

Once the absolute displacements of the bridge are measured, damage location 

and  quantification  can  be  obtained  through  IC  when  having  a  moving 

reference over a bridge. 

In  this paper,  a bridge  is  represented by  a  finite  element model of  a Euler‐

Bernoulli beam. A Half‐Car model of a vehicle  is used  to  represent a Traffic 

Speed  Deflectometer  (TSD),  a  drive‐by  monitoring  vehicle.  Damage  is 

represented  as  a  loss  of  stiffness  in  different  parts  of  the  bridge  and  1 % 

measurement  noise  is  added.  A  generic  road  profile  is  also  considered. 

Healthy and damaged states of  the bridge are compared  in order to validate 

the method. 

 

 

 

   

   

Page 27: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

CSHM6     27 

S2-2

Analysis of Load Test on Composite I-Girder Bridge

Huseynov, F.1,2, Brownjohn, J. M. W.3, OBrien, E.J.2, Hester, D.4

1 Full Scale Dynamics Ltd, Sheffield, UK

2 School of Civil & Structural Engineering, University College Dublin, Dublin, Ireland

3 College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences, University of Exeter, Exeter, UK

4 School of Planning, Architecture and Civil Engineering, Queen’s University Belfast, Belfast, UK

 

This paper showcases the importance of field testing in efforts to deal with the 

deteriorating  infrastructure.  It  demonstrates  a  load  test  performed  on  a 

healthy but  aging  composite  reinforced  concrete bridges  in Exeter, UK. The 

bridge  girders were  instrumented with  strain  transducers  and  static  strains 

were recorded while a four‐axle, 32 tonne lorry remained stationary in a single 

lane. The results obtained from the field test were used to calculate transverse 

load  distribution  factors  (DFs)  of  the  deck  structure  for  each  loading  case. 

Additionally,  a  3‐D  finite  element model  of  the  bridge was  developed  and 

calibrated based on field test data. Similar loading cases were simulated on the 

analytical  model  and  behaviour  of  the  structure  under  static  loading  was 

studied.  It was  concluded  that  the  bridge  support  conditions  had  changed 

throughout its service life, which affected the superstructure load distribution 

characteristics.  Finally,  DFs  obtained  from  analysis  were  compared  with 

factors  provided  in  Design  Manual  for  Roads  and  Bridges  Standard 

Specification for similar type of bridges. 

   

Page 28: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

28 CSHM6 

S2-3

Sources of Errors Identified in Fatigue Assessment of Ageing Steel Bridge Integrating BWIM System

Faraz, S. 1, Helmi, K. 2, Algohi, B. 1, Bakht, B. 1, Mufti, A. 1

1 Department of Civil Engineering, University of Manitoba at Winnipeg, Canada

2 The Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport, Alexandria, Egypt

 

Manitoba has many ageing steel bridge structures on its highway network that 

are  facing  increased axle  loads,  speed and  traffic  intensity, all of which will 

accelerate  the  deterioration  process.  An  immediate  replacement  or 

rehabilitation  is  not  feasible  for  the  existing  structures which  have  already 

approached  their  expected  service  life.  The  residual  life  of  these  types  of 

structures, or their component is estimated by conducting a fatigue evaluation 

and damage assessment.  

Field  measurements  are  very  accurate  in  estimating  fatigue  loading.  This 

paper  discusses  a  case  study  of  fatigue  assessment  on  an  ageing  bridge 

structure  in Winnipeg, Manitoba, which  integrates Bridge Weigh  in Motion 

(BWIM) system. The South Perimeter Bridge (SPB) is instrumented with SHM 

system which is used to perform BWIM and fatigue analysis of the steel girder 

bridge. The identified sources of error in fatigue evaluation integrating BWIM 

system would improve the accuracy of fatigue analysis using monitoring data. 

   

Page 29: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

CSHM6     29 

S2-4

Monitoring and Evaluation of a Stayed Bridge during a Structural Failure

Carrion, F.J.1, Quintana, J.A.1, Crespo, S.E.1

1 Instituto Mexicano del Transporte, Sanfanidla, Querétaro, MEXICO

 

The Rio Papaloapan Bridge  in Mexico  is a stayed structure  that has reported 

structural problems  that  required extra  rehabilitation and a SHM  system  for 

continuous  remote  monitoring.  The  main  problems  were  identified  as 

structural deficiencies  in  the  constitutive material  and welding of  the upper 

anchorage elements of the cables; these failures are cause of potential fractures 

and  loosening of cables.  In  June 2015, a new  failure was presented due  to a 

defective weld; thus, from the monitoring system it was possible to reproduce 

the structural behaviour of  the bridge during and after  this event. Although 

the SHM doesn’t have the ability to prevent this type of failures, the value of 

the  information  from  the  monitoring  before,  during  and  after  the  cable´s 

release,  was  very  valuable  to  evaluate  the  overall  effect  on  the  structural 

integrity,  to  decide  immediate  preventive  actions,  and  to  verify  the 

effectiveness of the rehabilitation to recuperate the initial condition. This paper 

describes  how  the  problem  was  addressed  from  the  information  collected 

from  the  SHM  system  and  shows  the  benefits  and  value  of  monitoring 

considering this type of event. 

 

   

 

   

Page 30: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

30 CSHM6 

S2-5

Workshop on Bridge Health Monitoring for the ‘End of Service Life’ of Bridges

Peelen, W.H.A.1, Klatter, L.2, Brownjohn, J.M.W.3

1 Rijkswaterstaat, 3526 LA Utrecht, Netherlands

2 TNO, 2628 XE Delft, Netherlands

3 University of Exeter, EX4 4QF, United Kingdom

 

Ageing  infrastructure poses a new challenge  for Road Authorities  (RA) with 

significant parts of  road networks  reaching  end of  service  life  (EoSL)  in  the 

coming  decades.  At  the  same  time  a  high  level  network  performance  is 

required,  loads  are  increasing  and  budgets  are  limited.  The  scientific 

communities of bridge management and Structural Health Monitoring (SHM) 

aim to develop technologies to help RA to tackle these problems.  

One  issue  is  that  RA  strategies  to  deal  with  these  EoSL  issues  and  their 

requirements  in  terms  of  information  needed  are  not  well  specified  or 

formulated, and  they differ widely. On  the other hand SHM development  is 

mostly  technology  driven  and  communication  between  RA  and  SHM 

developers and practitioners is limited.  

To  address  this  situation,  Rijkswaterstaat,  Netherlands  (RWS)  organised  a 

two‐day  workshop  in  October  2015.  To  begin,  an  overview  of  the  EoSL 

strategies  of  four  different  RA  were  presented  and  an  analysis  of  the 

information needs performed. Next, relevant reference projects  (case studies) 

of bridge monitoring were presented by practitioners and researchers. Finally, 

these  projects  were  analyzed  in  break‐out  groups  with  respect  to  their 

relevance  for  the  EoSL  information  requirements,  in  terms  of  present 

applicability (useful applications), future capability (technology development) 

and  long  term  (research  agenda).  The  presentation  will  summarise  key 

observations and outcomes from the meeting. 

   

Page 31: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

CSHM6     31 

S2-6

The Influence of Varying Temperature on Measures of Bridge Health Monitoring - Problem Description and Possible Accounting Approaches

Baessler, M.1 and Hille, F.1

1 Bundesanstalt für Materialforschung und–prüfung (BAM), Berlin, Germany

 

It  is widely  recognized  that  the  dynamics  of  large  civil  structures,  such  as 

bridges  or  offshore  structures,  is  significantly  affected  by  temperature  and 

other  environmental  influences. The most  significant  effect on  the  structural 

stiffness  is due  to  temperature variations  and  especially due  to  the  thermal 

gradients within the structures cross section. For civil engineering structures, 

changes  in  the  dynamic  response  produced  by  varying  environmental 

conditions can be equivalent or greater than the ones produced by damage. 

Therefore,  handling  the  environmental  effects  has  become  a major  research 

field  for  global  Structural  Health  Monitoring.  A  number  of  methods  and 

techniques  have  been developed  for  addressing  this  issue  for different  civil 

engineering application examples.  

An additional question  is  if  temperature changes of stiffness correlate with a 

change  in  safety  level  of  the  structures  bearing  capacity  which  has  to  be 

discussed case dependent.  

In our contribution we show the result of an extensive literature review on the 

matter  of  varying  temperature,  describing  the  characteristic  effects  on  the 

structure  as  well  as  the  various  approaches  to  that  issue,  including  the 

experiences our work group has gained  in  the  last 20 years of SHM on civil 

engineering structure. 

   

 

 

   

Page 32: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

32 CSHM6 

S2-7

Field Testing of a Drive-By Monitoring System for Transport Infrastructure utilising GPS

McGetrick, P.J., Hester, D., Lydon, M., Amato, G., Taylor, S.E.

School of Planning, Architecture and Civil Engineering, Queen’s University Belfast, UK

 

Ageing  and  deterioration  of  infrastructure  is  a  challenge  facing  transport 

authorities.  In particular,  there  is  a need  for  increased bridge monitoring  in 

order  to  provide  adequate  maintenance  prioritise  allocation  of  funds  and 

guarantee  acceptable  levels  of  transport  safety.  Existing  bridge  structural 

health monitoring  (SHM)  techniques  typically  involve direct  instrumentation 

of the bridge with sensors and equipment for the measurement of properties 

such as  frequencies of vibration. These  techniques are  important as  they can 

indicate the deterioration of the bridge condition. However, they can be labour 

intensive  and  expensive  due  to  the  requirement  for  on‐site  installations.  In 

recent  years,  alternative  low‐cost  indirect  vibration‐based  SHM  approaches 

have been proposed which utilise the dynamic response of a vehicle to carry 

out “drive‐by” pavement and/or bridge monitoring. The vehicle is fitted with 

sensors on its axles thus reducing the need for on‐site installations. 

This  paper  investigates  the  use  of  low‐cost  sensors  incorporating  GPS  for 

implementation  of  the  drive‐by  system  in  practice,  via  field  trials.  The 

effectiveness of global positioning  technologies are evaluated and  compared 

for  this  system  in  terms  of  accuracy,  cost  and  ease  of  use.  These  include 

professional GPS/GLONASS systems and smartphone location applications & 

systems. 

 

 

 

 

 

Page 33: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 2

   

CSHM6     33 

S2-8

Ground Penetrating Radar in Built Structures (Bridges, Docks, Airport Runways, Railway Lines): Successes and Failures

Ruffell, A.1, Taylor, S.E.2, Hughes, D.2

1 Geography, Archaeology & Palaeoecology, Queen’s University Belfast, N.Ireland

2 School of Planning, Architecture, and Civil Engineering, David Keir Building, Queen's University Belfast, Northern Ireland

 

Ground  penetrating  radar  (GPR)  is  common  in  the  survey  of  built 

infrastructure. This presentation uses GPR in some novel contexts in terms of 

deployment on freshwater, using transmitted waves in historic bridges and in 

conjunction with other technology such as sonar, thermal imaging, resistivity 

and ultrasound. The presentation will  concentrate on  case  studies  including 

historic bridges,  freshwater and marine docks,  runways  in South Africa and 

Colorado and  railway  lines  in  the UK and France. Sometimes GPR does not 

work well, and  this  is usually predictable  if a  full desktop study of geology, 

soils, historical maps and data sources, plus pre‐survey reports are provided, 

saving time and money. Some unusual applications of GPR in an engineering 

context will be provided. 

Page 34: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

 

34 CSHM6 

S3-1

Critical Aspects when using Total Stations and Laser Scanners for Geotechnical Monitoring

Lienhart, W.

Institute of Engineering Geodesy and Measurement Systems, Graz University of Technology, Austria

 

Modern geotechnical monitoring  is based on  a variety of  surface based  and 

integrated sensors. This article discusses the potential but also the limitations 

of  total  stations  and  laser  scanners  in monitoring of  civil  infrastructure  and 

natural  phenomena. We  report  about  our  experiences  gained  in  long  term 

monitoring projects  and discuss  the  impact of  the  setup  location,  the  signal 

travel  path  and  the  target.  Although,  modern  instruments  are  capable  of 

measurements with accuracies of a  few millimetre or better, neglecting error 

sources like temperature dependence of the tilt sensor, orientation of the used 

prism  and  refraction  can  easily  cause  errors  of  several millimetres  or  even 

centimetres.  

   

Page 35: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

   

CSHM6     35 

S3-2

Photogrammetric and Conventional Deformation Monitoring of an Existing Tunnel while a New Cross-Passage Tunnel is Excavated

through its Concrete Lining for AWAKE Project at CERN

Alhaddad, M.1, Di-Murro, V.1,2, Acikgoz, S.1, Soga, K.1, Morton, R. F.2, Weber, R.3

1 Department of Engineering, University of Cambridge, Cambridge, UK

2 The European Organisation for Nuclear Research (CERN), Geneva, Switzerland

3 Principal Tunnel Engineer, ATKINS, Surrey, UK

 

This  publication  presents  a  monitoring  case  study  of  a  cross‐passage 

excavation  through  two  existing  concrete‐lined  tunnels  at  The  European 

Organisation  for  Nuclear  Research  (CERN).  The  existing  tunnels  are 

significantly different in size (3 m and 9 m diameter) and are approximately 3 

meters  apart,  extrados  to  extrados.  The  connection  was  built  through  the 

Molassic geological zone, which is known for its favourable ground conditions 

for  tunnelling  (notwithstanding  its  susceptibility  to  heave  and  swell  over 

time). Design  and modelling  for  such  complex  construction  scenarios  is not 

straightforward  and predictions of  stress  flow  lines during  the opening  can 

vary, depending on the numerous assumptions that designers make.  

It  is therefore crucial to plan an effective monitoring system to safeguard the 

existing tunnels and to understand their behaviour for future proposals. Three 

monitoring systems were tested to record the movements and deformations of 

the smaller diameter tunnel, the findings of which are presented in this paper. 

The  three monitoring  systems are:  conventional  tape  extensometer  readings, 

laser  scanning  and  a  new  photogrammetric movement  detection  technique 

developed at University of Cambridge called CSattAR. 

   

Page 36: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

 

36 CSHM6 

S3-3

Aged Embankment Characterisation using Non-Invasive Geophysics

Gunn, D.1, Dashwood, B.1, Chambers, J.E.1, Dijkstra, T.1, Uhlemann, S.1, Swift, R.1 Kirkham, M.1 & Donohue, S.2

1 Engineering Geology, British Geological Survey, Nottingham, UK

2 Intelligent Infrastructure Group, School of Planning, Architecture, and Civil Engineering, David Keir Building, Queen's University Belfast, Northern Ireland

Rapid,  non‐invasive  surface  wave  and  resistivity  surveys  were  used  to 

develop  embankment  ground  models  exhibiting  structures  consistent  with 

cut‐fill  construction methods. An  associated ground  investigation  confirmed 

these  structures  to  be  related  to  the  distribution  of  materials  from  local 

cuttings.  Inter‐clast  voids,  cracks  and  impact  damaged  lithoclasts  were 

identified  in  thin sections of  these materials and are believed  to be  from  the 

original  construction.  Further  fabric‐disruption  in  the  form  of  lath‐shaped 

ghost  voids  and mineralised  rosettes were  considered  to  result  from  fluid 

transport controlled by the material distribution arising from the end‐tipping 

construction method.  This  study  from  the  Great  Central  Railway  suggests 

ageing  is  related  to  groundwater  flow  deep  into  a  Victorian  embankment. 

Heterogeneous  structures  controlling  dynamic  moisture  variation  and 

engineering  property  changes  were  identified  using  surface  wave  and 

resistivity  surveys. Repeat  resistivity  surveys  indicated moisture movement 

through  these  structures.  Surface  wave  surveys  offer  a  viable  means  of 

monitoring the long term deterioration in stiffness conditions associated with 

ageing  and  a  potential  basis  to  identify  condition  thresholds  for  use  in 

geotechnical asset life‐cycle planning.  

   

Page 37: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

   

CSHM6     37 

S3-4

Non-Invasive Geophysics for the Water Content Monitoring of Earthen Embankments

Utili, S.1

1 School of Engineering, University of Warwick, Coventry, UK

 

The  use  of  electrical  conductivity measurements  from  a  non‐invasive  hand 

held  electromagnetic  probe  is  showcased  to  monitor  the  water  content  of 

earthen embankments at routine  inspections.   A methodology  to convert  the 

electrical  conductivity  measurements  from  the  electromagnetic  device  into 

water content values is illustrated.  The methodology requires the use of a few 

geotechnical probes installed in at least two cross‐sections of the embankment 

for  a  relatively  short  time  to  calibrate  the  electrical  conductivity  –  water 

content relationship.  

The values of water  content  converted  from  the  conductivity measurements 

according  to  the  proposed  procedure  were  found  to  be  in  very  good 

agreement with measures of water content from soil samples retrieved in situ 

even at times well beyond the calibration period.  

   

Page 38: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

 

38 CSHM6 

S3-5

Settlement-Induced Damage Monitoring of a Historical Building Located in a Coal Mining Area using PS-InSAR

Bejarano-Urrego, L.1, Verstrynge, E.1, Van Balen, K. 1, Wuyts, V.2, Declercq, P.Y.3

1 Building Materials and Building Technology Division, Civil Engineering Department. KU Leuven, Belgium

2 Department of Cultural Heritage in Flanders

3 Royal Belgian Institute of Natural Sciences (RBINS), Geology Department

 

Persistent Scatterer  Interferometric Synthetic Aperture Radar  (PS‐InSAR)  is a 

remote  sensing  technique  used  to  detect  and monitor  surface  displacement 

(uplift  or  subsidence)  by  comparing  sequential  satellite  radar  images. 

Persistent scatterer of interest can be identified on these radar images allowing 

the tracking of movement through time. This technique is gaining importance 

due  to unique  features such as  its cost‐effectiveness, millimetre accuracy, no 

need of equipment  installation  in‐situ, coverage of  large areas, as well as  the 

possibility  of  analysing  past  monitoring  data.  In  this  paper,  PS‐InSAR  is 

implemented  to  investigate  the damage  that occurred  at  the  Saint Vincent’s 

church due to differential settlements during and after the coal mining activity 

in Zolder, Belgium, which stopped in 1992. The aim of the work is to relate the 

displacements measured on reflection points located on the structure with the 

damage  registered during  that period,  taking  into account  the  local geology 

(faults) of the site. Satellite images for this zone are available from 1992 to 2000 

(ERS‐1/2) and  from 2003  to 2010  (Envisat) with an  image every 35 days. PS‐

InSAR results,  in  the area of  the church, show  that during 1991‐2001  the soil 

presented settlements about ‐4.0 mm/year; however, during 2003‐2010 the soil 

presented uplift about 5.6 mm/year, presumably caused by mine water rise.

Page 39: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

   

CSHM6     39 

S3-6

Geotechnical Monitoring - Case Studies

Doherty, P.1

1 Gavin and Doherty Geosolutions Ltd.

 

With  the  introduction  of  Eurocode  based  design,  the  use  of  geotechnical 

monitoring is gaining increasing momentum on commercial projects. Accurate 

analysis  of  soil‐structure  interaction  remains  a  challenge  for  the  industry, 

which  introduces opportunities  to use  the observational method. A  series of 

case  studies will  be  introduced which  have  adopted  different  geotechnical 

monitoring schemes to determine the performance of a range of structure.  

Case Study 1 – Flood Defence Seepage Analysis: this case study involved the 

design of a flood defence wall and a seepage barrier to protect lands adjacent 

to a very  flashy  river. A  suite of piezometric monitoring was undertaken  to 

assess  the  variation  in water  levels  and  to  simulate  the  impact  of  different 

flood  defence  solutions.  The  combined  results  of  the  seepage  analysis  and 

dynamic monitoring demonstrated that a cut‐off wall was not required.  

Case  Study  2  –  Basement  Movement  Monitoring:  Basement  construction 

across London  is at a  record high and many of  these  structures are  in  close 

proximity to neighbouring buildings creating significant movement risks. This 

case study examines a  residential basement where  the observational method 

was applied to good effect by utilising inclinometer and survey data.  

Case  Study  3  – Offshore  Structural Monitoring:  This  case  study  introduces 

accelerometer  based  monitoring  to  analyse  the  soil  response  of  a  novel 

offshore  jacket  platform.  The  results  demonstrated  that  the  soil‐structure 

interaction  elements  were  several  times  stiffer  than  anticipated  and  that 

conventional codes are overly conservatism. 

Page 40: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

 

40 CSHM6 

S3-7

Geotechnical Monitoring of Infrastructure using Distributed Fibre Optic Sensing: Project Examples, Results and Limitations

Iten, M.1, Fischli, F.1 & Puzrin, A. M.2

1Marmota Engineering AG, Zurich, Switzerland

2 Institute for Geotechnical Engineering, ETH Zurich, Switzerland

An  increasing number of  infrastructures are built  in areas prone  to hazards, 

such as unstable slopes and differential settlements. The affected areas mostly 

have  a  large  extension, which makes  it  particularly  difficult  to  identify  the 

locations  where  the  infrastructure  is  endangered.  Distributed  fibreoptic 

sensors  that  are  capable  of  providing  monitoring  data  for  thousands  of 

individual  sections  along  a  sensor of up  to  several kilometres of  length  can 

reveal the possible threats over a large area. The concepts of using distributed 

fibre‐optic  sensors  for  this  task  have  been  extensively  investigated,  both 

theoretically  as  well  as  in  laboratory  and  field  applications.  However, 

experience  from  commercial  field  applications  has  been  rarely  shared.  This 

paper  focusses  on  practical  experiences  of  commercial  applications  of 

distributed fibre‐optic sensing in the geotechnical monitoring of infrastructure. 

Project examples mainly from monitoring on landslides are described and the 

results  are discussed. The  projects  shared  involve pipeline monitoring  on  a 

creeping  slope  as well  as  the  identification  of  shear  surfaces  and  landslide 

boundaries  for  various  types  of  infrastructures,  such  as  dams,  villages  and 

roads.  In addition,  the advantages and  limitations of  the applied monitoring 

method and data interpretation methods are discussed. 

   

Page 41: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 3

   

CSHM6     41 

S3-8

Geotechnical Investigation and Basement Reinforcement of BEIAN Covered Bridge

Tang, Y.J.1,2

1 Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, China

2 Key laboratory geotechnical and underground engineering (Tongji University), Ministry of education, China

 

Beian covered bridge, a stone bridge over 400 years, has long and wide cracks 

in  the piers and an abutment. A geotechnical  investigation has been  carried 

out.  The  causes  of  the  cracks were  analyzed. A  reinforcement  scheme was 

presented. This reinforcement scheme  is  followed  the minimum  intervention 

principle  and  should  be  effective.  The  abutments  are  fixed  by  installing 

permanent  jacks.  It  is  noteworthy  that  the  adjacent  abutment  is  excavated 

before the permanent  jacks are connected to the abutment with problem. The 

piers are fixed by reinforced concrete belt. 

Page 42: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

 

42 CSHM6 

S4-1

Statistical Hypothesis Test for Damage Detection of a Truss Bridge Utilizing a Damage Indicator from a Multivariate Autoregressive Model

Goi, Y.1 and Kim, C.W.1

1 Department of Civil and Earth Resource Engineering, Kyoto University, Kyoto, Japan

This study proposes a damage indicator (DI) automatically derived from a set 

of multivariate  autoregressive models  estimated  from  ambient  vibrations  of 

bridges.  The DI  evaluates  a  stochastic  distance  between  a  set  of  data  from 

healthy bridge and unknown  test data. A statistical hypothesis  testing based 

on a probability distribution of the DI was conducted for damage detection. A 

field  experiment  on  a  real  steel  truss  bridge  whose  truss  members  were 

artificially severed was conducted so as to investigate efficacy of the proposed 

DI  for  damage  detection.  The  experimental  result  showed  the  proposed DI 

enables to detect damage of three different damage patterns clearly. Efficacy of 

the  proposed  DI  was  also  observed  by  comparing  to  the  previously 

investigated damage sensitive feature using the experimental data of the same 

bridge.  

 

Page 43: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

   

CSHM6     43 

S4-2

Strategies for Assessing the Structural Performance of Electric Road Infrastructures

Ceravolo, R.1, Miraglia, G.1, Surace C.1

1 Department of Structural, Geotechnical and Building Engineering, Politecnico di Torino, Italy

 

Wireless  charging  is  an  attractive  technology  that  is  expected  to  promote 

customer acceptance of electric vehicles  in urban environment because  it can 

improve convenience and sustainability. The dynamic properties and the long‐

term structural behaviour of  these particular  infrastructures call  for  in depth 

investigations,  in order  to define specific  requirements  for  the  installation of 

the system, as well as  for  its maintenance,  lifecycle analysis and monitoring. 

Currently,  several  technologies  exist  that  integrate  dynamic  inductive 

charging  systems  within  the  infrastructure,  ranging  from  rails  with  box‐

section to buried solutions. A wide‐range discussion will be provided on how 

to  assess  the  structural  performance  of  electric  roads  (e‐roads),  including 

numerical strategies for the estimation of their lifetime. Results of simulations 

will be presented  to compare e‐roads with  traditional ones  (t‐roads). Finally, 

Structural Health Monitoring  (SHM)  strategies  for  e‐roads will  be  outlined. 

Indeed, a SHM  strategy  integrated with  lifecycle management  is essential  to 

calibrate structural assessment and prediction, to optimise the maintenance of 

infrastructure  and,  possibly,  to  operate  infrastructure  systems  beyond  their 

original design life. 

 

Page 44: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

 

44 CSHM6 

S4-3

System Identification Analysis using Ambient Vibration Testing for a Reinforced Concrete Building

Merino, Y.1 and Botero, J. C.2

1Civil Engineering Program, Engineering Faculty, University of Ibagué, Colombia

2Civil Engineering Program, School of Engineering, EAFIT University, Colombia

 

Implementation  of  techniques  for  vibration  analysis  of  civil  structures  has 

become  a  useful  tool  in  structural  health  monitoring  during  last  years  to 

identify dynamic  response of  these systems, especially  for  large buildings  in 

which  strong  external  excitation  cannot  be  practically  applied.  This  study 

focuses on  the  analysis of output data  from  structural vibration  testing of a 

reinforced concrete building,  in order to  identify  its dynamic properties such 

as  frequencies,  modal  shapes  and  damping  ratios,  using  non  parametric 

system  identification  techniques.  Conventional  spectral  analysis  of  time 

signals obtained  from acceleration records  is developed, as a response of  the 

structure  to  random  vibrations  generated  by  ambient  conditions.  Vibration 

testing was performed by instrumentation of the building using an integrated 

digital accelerometer network. The structure modal frequencies obtained from 

spectral  analysis  of  ambient  vibration  signals  were  verified  with 

representative  frequencies  from  spectral  correlation  functions  calculated  for 

low earthquake excitation, and finally compared with those obtained from an 

analytical model. Results show coherence with dynamic parameters obtained 

from other  system  identification  techniques and  reveal acceptable variations 

with regard to values estimated from the mathematical models of the system. 

   

Page 45: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

   

CSHM6     45 

S4-4

Health Monitoring of Steel Structure in Oil Refinery Plant

Hee, L.M.1 and Leong, M.S.1

1 Institute of Noise & Vibration, Universiti Teknologi Malaysia, Malaysia

 

This  paper  presents  a  case  study  of  health  monitoring  of  an  aged  steel 

structure in a petroleum coke production plant in Malaysia. The steel structure 

has  been  in  operation  for  more  than  two  decades  and  only  of  late,  high 

vibrations were reported and most severe during coke drilling process. As a 

result,  vibration  investigation  and  Operational  Deflection  Shape  (ODS) 

analysis  for  that  structure  was  deemed  necessary  and  was  undertaken  to 

quantify vibration severity and to obtain a visual  insight to the nature of the 

motions  and problems. A  concurrent vibration measurement of  36  channels 

accelerometers mounted on  the 45 m  steel  structure was undertaken.  It was 

found that ODS analysis has brought crucial insight to the problem as higher 

motions were seen due to excessive excitations during coke drilling process in 

Drum  2  as  compared  to  Drum  1  drilling  process.  As  a  result,  a  visual 

inspection at Drum 2 was carried out and evidence of loose nuts and cracks at 

the drum foundation where Drum 2 hold down bolts are located was found. It 

was concluded that looseness in the hold down bolts and cracks at the drum 

foundation support ring was a major cause of the higher motions from Drum 2 

during drilling process. ODS analysis successfully pinpointed the root cause of 

the  high  vibration  and  thus  enables  the  rectification  works  on  the  drum 

foundation to be undertaken subsequently. 

   

Page 46: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

 

46 CSHM6 

S4-5

Monitoring Based Fatigue Damage Prognosis of Wind Turbine Composite Blades under Uncertain Wind Loads

Zhang, C.1 and Chen, H.P.1

1 Department of Engineering Science, University of Greenwich, Chatham, Kent, ME4 4TB, UK

 

Lifecycle assessment of wind  turbines  is essential  to  improve  their design,  to 

optimise  maintenance  plans  and  to  prevent  structure  failures  during  the 

design life with minimum interruptions. A critical element of wind turbines is 

the  composite blade due  to uncertain  cyclic wind  loads with  relatively high 

frequency and amplitude typically in offshore environments. It is important to 

detect the fatigue damage evolution in composite blades before the blades fail 

catastrophically and destroy  the  entire wind  turbines. This  study presents a 

methodology  for  analysing  the  fatigue  failure probability  of  a wind  turbine 

composite  blade  by  using  monitoring  based  stochastic  deterioration 

modelling. On the basis of five minutes mean wind speed measurements, the 

internal  stresses  can  be  obtained  from  finite  element  analyses,  and  failure 

probabilities  are  predicted  by  stochastic  gamma  process  fatigue  damage 

modelling over the design service life. A numerical example of a wind turbine 

composite  blade  is  investigated  to  show  the  applicability  of  the  proposed 

model. The results show that the stochastic fatigue damage modelling can give 

reliable results for time‐dependent reliability analysis of the composite blades 

of wind turbines. 

   

Page 47: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

   

CSHM6     47 

S4-6

Abercorn Bridge – An Innovative Approach for Bridge Remediation

O’Higgins, C.1, McFarland, B.1, Callender, P.1, Taylor, S.E.2, Gilmore, D.1

1 McFarland Associates Ltd, Belfast, Northern Ireland

2 School of Planning, Architecture and Civil Engineering, Queen’s University Belfast, Northern Ireland

 

Abercorn Bridge was built in 1932.  It is located in Newtownstewart, Northern 

Ireland  and  is  a  ‘Hennebique  Ferro’  integral  reinforced  concrete  4  span 

viaduct.  The structure, being of the order of 84 years old, was showing signs 

of significant deterioration, so much so  that one span was recommended  for 

demolition  due  to  its  particularly  poor  condition. However,  an  alternative 

solution  was  proposed  which  offered  to:  retain  all  four  spans;  retain  the 

overall aesthetics of the bridge; restore additional  load capacity; preserve the 

bridge  for  at  least  a  further  25  years;  and  reduce  refurbishment  costs.  The 

alternative solution was adopted, incorporating a structural health monitoring 

system throughout the repair process.   Detailed  inspection and testing of the 

bridge provided  an  accurate view of  the bridge’s  condition  thus  allowing  a 

concrete repair scheme,  incorporating cathodic protection, to be designed.   A 

finite element analysis (FEA) model was created to allow the bridge to be more 

rigorously analysed, particularly comparing its as‐built, deteriorated state and 

refurbished conditions.  Importantly, the FEA model indicated that the repair 

scheme on its own was not sufficient to restore the required load capacity and 

an  innovative,  lightweight,  structural  over‐slab  was  incorporated.    This 

“bespoke” over‐slab was among the first such projects to use a combination of 

basalt reinforcement and lightweight aggregate concrete to create a strong yet 

lightweight  slab.    To  increase  the  confidence  of  the  alternative,  innovative 

solution, Fibre Bragg Grating (FBG) sensors were used to: monitor the bridge 

during  repairs; ensure  the structural behaviour was consistent with  the FEA 

model; and confirm that the over‐slab was working integrally with the bridge 

deck beneath.  A final load test was undertaken on completion of the Works to 

ensure that the required load capacity had been achieved. 

Page 48: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

 

48 CSHM6 

S4-7

Challenges Associated with Integrating a Corrosion Monitoring System into a Facility Wide Structural Health Monitoring System

Gooderham, T.1, John, G.1, Viles, S.1, Anderson, M.2

1 Intertek, 2 Strainstall

This paper will outline the challenges that have been faced with integrating dedicated 

corrosion monitoring systems for reinforced concrete structures into a wider structural 

health monitoring  systems.    In  particular  the  challenge  relating  to  the  integrated  of 

embedded  corrosion  monitoring  probes  installed  in  the  new  Queensferry  crossing 

bridge  in  Scotland  with  the  wider  structural  health  monitoring  sensors  and 

instrumentation. The objective of the overall exercise was to provide: 

1. An  integrated  structural  health  monitoring  system  that  provides  remote 

control of all  the measurement nodes  (corrosion and structural) via common 

software platform. 

2. Provide an integrated always live data stream for the structure. 

3. Provide an intelligent Structural Health Monitoring system. 

The  data  obtained  from  the  integrated  system  will  be  used  to  provide  life  time 

prediction models with the purpose of avoiding costly bridge closures with diversions 

by providing an early warning indication of issues with the structure either internal to 

the concrete corrosion issues, or external structural integrity issues. 

The system supplied combines permanently connected measurement sensors and data 

acquisition units with various structural health sensors across the bridge. 

The paper will: 

1. Outline  the  system  and  the  challenges  faced with  integrating  the  corrosion 

monitoring system  that  requires activity measurement activity at predefined 

periods with  traditional structural monitoring  instrumentation  that provides 

continuous data, live and on‐demand. 

2. Discuss  the  challenges  regarding  the  methods  of  corrosion  measurements 

which  are  not‐plug‐and‐play  compatible  with  current  Structural  Health 

Monitoring instrumentation. 

Page 49: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Session 4

   

CSHM6     49 

S4-8

Distributed Strain Monitoring of Tunnels

Paris, J.B.¹, Michelin, F.², Maraval, D.³, Lamour, V.4 & Medrano, C.5

1,2 Instrumentation Engineer, Cementys, Paris, France

3Optical Fiber Research Engineer, Cementys, Paris, France

4Chief Technical Officer – Chief Executive, Cementys, Paris, France

5 Business Development Manager, Cementys, Paris, France   

Distributed  strain monitoring  of  structures  using  optical‐fiber  sensing  is  a  new 

technique  which  has  opened  new  possibilities  in  tunnel  survey.  Cementys  is 

specialized  in  structural health monitoring  to  survey  ageing  infrastructures  and 

optimize maintenance. Our  team developed a  sensor  called SensoluxTM® based 

on  Raman  and  Brillouin Optical  Time Domain  Reflectometry.  The  sensor  cable 

contains 4 optical fibers to measure the Brillouin (strain and temperature sensitive) 

and the Raman (temperature sensitive only) scatterings. 

The cable‐sensing is sensitive at each point of its length, with a spatial resolution of 

0.5m, a precision of ±5μdef and a reach of several dozens of kilometres. The small 

diameter of  the sensor  (2mm) makes  it easy  to  integrate  in  tunnels by gluing  the 

optical cable in grooves carved on the concrete. The optical cable is thus protected 

for  long‐term  monitoring  and  presents  a  low  level  of  intrusiveness.  Any 

circumferential deformation of  the structure  is  transmitted  to  the cable rings and 

detected by the interrogators. The first measure is considered as the reference and 

the  following measures are compared with  the  first one  to  track relative motion. 

Consequently,  the  initial  stress  of  the  cable  due  to  gluing  does  not  impact  the 

measures.  The  information  can  be  retrieve  from  a  long  distance  for  real‐time 

monitoring thanks to optical technologies which avoid interventions in tunnel. The 

sensor measures  the deformation  (compression  or  expansion)  of  the  concrete  to 

detect local damages as cracks or global motion such as convergence phenomenon. 

Results can be represented by strain mapping in order to identify the disorder. 

Page 50: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Posters

 

50 CSHM6 

P1

Application of Intelligent Structural Monitoring Based on IPv6

Hong, W.X.1, Fang, C.1,2, Yao, H.B.1, Li, L.J.1

1Nanjing Zhixing Information Technology Co., Ltd., Nanjing, China

2Tongji University, Shanghai, China

 

The project makes use of IoT, cloud computing, big data, mobile internet, 3D and 

other advanced  technologies as well as engineering structural models and expert 

knowledge  base,  is mainly  applied  in  intelligent  transportation  fields,  and  can 

realize the following functions: 

(1)  The  application  integrates  IoT  technology  with  road  &  bridge  monitoring 

sensor devices  to  carry  out wireless data  collection  on  road &  bridge  structure, 

traffic  flow,  vehicle  operation  and  other  information  of  the  road &  bridge,  and 

realizes real‐time sensing and intelligent analysis. 

(2) The application makes use of cloud computing platform to memorize plenty of 

data  collected  by  the  road  &  bridge monitoring  system, which  has  rapid  and 

efficient processing capability over the structural and non‐structural data.  

(3) The application applies big data  technology  to carry out  real‐time processing 

and analysis over the plenty of data on the cloud computing platform, and makes 

use of expert knowledge base and  road & bridge  structural models  to  carry out 

data mining, and realizes the real‐time assessment and auxiliary decision‐making 

over road & bridge state and traffic condition. 

(4)  The  cloud  service  release  platform,  through  intelligent  terminal,  sends  the 

information to industrial managers and public, realizes intelligent traffic acts such 

as road & bridge safety assessment, congestion warning and traffic guidance, and 

raises people’s sensing capability on road & bridge state and traffic condition. 

This  application  can  solve  the  urgent  needs  of  the  industry,  promote  social 

management and public service level, and is of great significance to the promotion 

& application in transportation industry.    

Page 51: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Posters

   

CSHM6     51 

P2

A Strain Correlation Based Damage Detection Framework for Railway Bridges

Azim, M. R.1, Renker, F.2, Gül, M.3, Cheng, J.J.R.4, Bindiganavile, V.5

1 Ph.D. Student & Graduate Research Assistant, Department of Civil & Environmental Engineering, University of Alberta, Canada.

2 University of Applied Sciences Leipzig, Germany, Graduate Research Assistant, University of Alberta, Canada.

3 Assistant Professor, Department of Civil & Environmental Engineering, University of Alberta, Canada.

4 Professor, Department of Civil & Environmental Engineering, University of Alberta, Canada.

5 Assistant Professor, Department of Civil & Environmental Engineering, University of Alberta, Canada.

 

Bridges are critical components of the railway infrastructure system and the majority of 

these bridges are approaching their estimated design life. Day‐by‐day, the demands on 

the bridges have been burgeoning both in terms of increased axis loads and operation 

frequency.  The  principle  goal  of  this  on‐going  study  is  to  develop  powerful  health 

monitoring  and damage  investigation  strategies  tailored  for  railroad  bridges.  In  this 

paper,  we  present  our  preliminary  findings  to  build  up  a  damage  identification 

framework based on strain measurements. Initially, a Finite Element Model (FEM) of a 

railway bridge is developed to conduct numerical studies and gather strain data under 

moving  train  for  both  baseline  and  damaged  conditions.  This  info  is  scrutinized 

utilizing a strain correlation based damage  identification  technique. The  investigation 

demonstrates  the deviations  in  the  correlation  coefficients  for  locations of  interest  so 

that damages  (i.e., member  strength and/or  stiffness  reduction,  changes  in boundary 

conditions) could be identified and located. The relative severity of the damage can be 

assessed by using the magnitude of the changes in the strain correlations. Assessing the 

condition of  railway bridges continuously  in  this manner  is deemed valuable  for  the 

infrastructure owners for developing economical and effective maintenance strategies. 

Page 52: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Posters

 

52 CSHM6 

P3

Static and Dynamic Elastic Moduli of Historical Brick Masonry Subjected to Freeze-Thaw Cycles

Merli, F.1 and Tang, Y.J.2

1 Historic Building Rehabilitation, Engineering of Building Processes and System, University of

Bologna, Italy

2 Department of Geotechnical Engineering, Civil Engineering, Tongji University, China

 

The research is focused on influence of freeze‐thaw cycles on elastic modulus 

of historic  brick masonry  subjected  to  compressive  loading  test.  In  order  to 

assess  the  relative decrease of  the  static elastic modulus during compressive 

test, a series of masonry specimens were manufactured with historical bricks 

and exposed to different number of freeze‐thaw cycles. 

Moreover, strength decay of  the masonry  is  investigated and analysing data 

obtained during ultrasonic test (non‐destructive test). The aim of this step is to 

obtain the dynamic elastic modulus. 

The  analysis  shows  that  during  initial  loading,  the  static  elastic  modulus 

grows,  but  at  higher  stress  levels  it  decreases with  increasing  load. On  the 

other  hand  ultrasonic  test,  at  higher  stress  levels,  the  dynamic  modulus 

continue to rise with increasing load.   

However, results indicate that Young’s modulus decreases with the growth in 

number of freeze‐thaw cycles. 

Thanks to interpolation of the obtained data it will be possible to improve the 

knowledge of the Elasticity modulus’ reduction of historic masonry subjected 

to  freeze‐thaw cycles and  to enhance  the  thermo‐hydro‐mechanical model of 

porous material. 

Page 53: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Abstracts Posters

   

CSHM6     53 

P4

Moving Force Identification as a Bridge Damage Indicator

Sevillano, E.1, OBrien, E.J.1, Fitzgerald P.C. 1

1 School of Civil Engineering, University College Dublin, Ireland

Visual  inspections  are  the  primary  method  today  for  ascertaining  the 

condition  of  bridges.  Visual  inspection  involves  problems  such  as  human 

objectivity  and  inconsistency  between  inspectors.  Some methods  of  bridge 

damage detection make use of the relationship between changes in stiffness or 

mass and changes in first natural frequency of the bridge. Any change in the 

natural  frequency  of  the  bridge might  then  indicate  damage. Mode  shapes 

have also been used but are more difficult to infer from measurements. 

This paper describes an alternative approach which uses an indirect indicator 

of  a  change  in  bridge  condition.  Moving  Force  Identification  (MFI)  is  an 

algorithm that calculates the applied axle forces due to a passing vehicle. It is 

an ill‐conditioned process that requires regularisation. It has been found that a 

small amount of damage (loss of stiffness) in a bridge changes the calculated 

force history  quite  significantly,  i.e., MFI  can  be used  as  a  bridge  condition 

indicator. This paper  investigates  the use of MFI  in  conjunction with bridge 

deflection data obtained from high resolution cameras.   

Page 54: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Presenting Authors

 

54 CSHM6 

 

Akhras,  G., Royal Military College of Canada, Kingston, Canada 

Alhaddad, M., University of Cambridge, UK 

Baessler, M., BAM, Berlin, Germany 

Bao, Y., Harbin Institute of Technology, China 

Bejarano‐Urrego, L., KU Leuven, Belgium 

Brownjohn, J.M.W., University of Exeter, UK 

Carrion, F.J., Instituto Mexicano del Transporte, Querétaro, Mexico 

Catbas, F. Necati, University of Central Florida, Orlando, USA 

Ceravolo, R., Politecnico di Torino, Italy 

Clemente, P., ENEA, Rome, Italy 

Doherty, P., Gavin and Doherty Geosolutions Ltd., Ireland 

Glisic, B., Princeton University, USA 

Gooderham, T.,  Intertek, Oxford, UK 

Gül, M., University of Alberta, Canada 

Gunn, D., British Geological Survey, Nottingham, UK 

Hee, L.M., Universiti Teknologi Malaysia, Malaysia 

Iten, M., Marmota Engineering AG, Zurich, Switzerland 

Kim, C.W., Kyoto University, Japan 

Klatter, L., TNO, Delft, Netherlands 

Li, H., Harbin Institute of Technology, China 

Lienhart, W., Graz University of Technology, Austria 

Mazzanti, P., NHAZCA S.r.l. and Sapienza University of Rome, Italy 

McGetrick, P.J., Queen’s University Belfast, Northern Ireland, UK 

Merino, Y., University of Ibagué, Ibagué, Colombia 

Merli, F., University of Bologna, Italy 

Page 55: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Presenting Authors

   

CSHM6     55 

 

Michelin, F., Cementys, Paris, France 

Mufti ,A., University of Manitoba at Winnipeg, Canada 

O’Higgins, C., McFarland Associates Ltd, Belfast, Northern Ireland, UK   

OBrien, E.J., University College Dublin, Ireland 

Oliveira, G., University of Porto, Portugal 

Peelen, W.H.A., Rijkswaterstaat, Utrecht, Netherlands 

Ruffell, A., Queen’s University Belfast, Northern Ireland, UK 

Sevillano, E., University College Dublin, Ireland 

Tang, Y.J., Tongji University, China   

Torbol, M., UNIST, Republic of Korea 

Tzoura, E.A., University of Leeds, UK 

Utili, S., University of Warwick, Coventry, UK 

Zaki, M.A., HBRC, Egypt 

Zhang, C., University of Greenwich, Kent, UK 

  

Page 56: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Author Index

 

56 CSHM6 

 

Abdel-Jaber, H. ....................................... 18 Acikgoz, S. ................................................ 35 Akhras G. .................................................. 22 Algohi, B. .................................................. 28 Alhaddad, M. ........................................... 35 Amato, G. .................................................. 32 Anderson, M. ........................................... 48 Azim, M.R. ................................................. 51

Baessler, M. .............................................. 31 Bakht, B. .................................................... 28 Bao, Y. ................................................. 14, 25 Basheer, P.A.M. ....................................... 19 Bejarano-Urrego, L. ............................... 38 Bindiganavile, V. .................................... 51 Bongiovanni, G. ...................................... 21 Botero, J.C. ............................................... 44 Brownjohn, J.M.W. ......................... 27, 30 Buffarini, G. .............................................. 21

Caetano, E. ............................................... 23 Callender, P.............................................. 47 Carrion, F.J. .............................................. 29 Catbas, F.N. .............................................. 15 Ceravolo, R. .............................................. 43 Chambers, J.E. ......................................... 36 Chen, H.P. ................................................. 46 Cheng, J.J.R. ...................................... 20, 51 Choutopoulou, E. ................................... 19 Clemente, P. ............................................ 21 Crespo, S.E. .............................................. 29

 

Cunha, Á. .................................................. 23

Darsono, D. ............................................. 24 Dashwood, B. ......................................... 36 Declercq, P.Y. .......................................... 38 Dijkstra, T. ................................................ 36 Di-Murro, V. ............................................. 35 Doherty, P. ............................................... 39 Donohue, S. ............................................ 36

Fang, C. ..................................................... 50 Faraz, S. ..................................................... 28 Felici, P. ..................................................... 21 Fischli, F. ................................................... 40 Fitzgerald P.C. ........................................ 53

Gilmore, D. ............................................. 47 Glisic, B. .................................................... 18 Goi, Y. ........................................................ 42 Gooderham, T. ....................................... 48 Gül, M. ................................................ 20, 51 Gunn, D. ................................................... 36

Hee, L.M.................................................... 45 Helmi, K. ................................................... 28 Hester, D. .......................................... 27, 32 Hille, F. ...................................................... 31 Hong, W.X. ............................................... 50 Hughes, D. ............................................... 33 Huseynov, F. ........................................... 27  

Page 57: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Author Index

   

CSHM6     57 

 

Iten, M. ...................................................... 40 J 

John, G. ..................................................... 48

Kim, C.W. .................................................. 42 Kirkham, M. ............................................. 36 Klatter, L. .................................................. 30 Kliewer, K. ................................................ 18 Kollia C. ..................................................... 19

Lamour, V. ............................................... 49 Laory, I. ..................................................... 19 Leong, M.S. .............................................. 45 Li, H. .....................................................14, 25 Li, L.J. ......................................................... 50 Li, S. ............................................................ 14 Li, X. ........................................................... 18 Lienhart, W. ............................................. 34 Locklin, L. ................................................. 22 Lydon, M. ................................................. 32

Magalhães, F. .......................................... 23 Maraval, D. .............................................. 49 Martinez, D. ............................................. 26 Mazzanti, P. ............................................. 16 McFarland, B. .......................................... 47 McGetrick, P.J. ........................................ 32 Medrano, C.............................................. 49 Merino, Y. ................................................. 44 Merli, F. ..................................................... 52

 

Michelin, F. .............................................. 49 Miraglia, G. ............................................... 43 Morton, R.F. ............................................. 35 Mufti, A. .................................................... 28

Nafari, S.F. ................................................ 20

O’Higgins, C. ........................................... 47 OBrien, E.J. ................................. 26, 27, 53 Oliveira, G. ............................................... 23 Orellana, J. ............................................... 22

Paris, J.B. ................................................... 49 Park, K.T. ................................................... 24 Peelen, W.H.A. ........................................ 30 Puzrin, A. M. ............................................ 40

Quintana, J.A. .......................................... 29

Reilly, J. ..................................................... 18 Renker, F. .................................................. 51 Ruffell, A. .................................................. 33

Saitta, F. .................................................... 21 Serafini, S. ................................................ 21 Sevillano, E. ...................................... 26, 53 Sigurdardottir, D.H. .............................. 18 Soga, K. ..................................................... 35 Surace C. ................................................... 43 Swift, R. ..................................................... 36

Page 58: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Author Index

 

58 CSHM6 

 

Tang, Y.J. ............................................ 41, 52 Taylor, S.E. .................................. 32, 33, 47 Torbol, M. ................................................. 24 Triantafillou, T.C. .................................... 19 Tzoura, E.A. .............................................. 19

Uhlemann, S. ........................................... 36 Utili, S. ........................................................ 37

Van Balen, K. ............................................ 38 Verstrynge, E. .......................................... 38 Viles, S........................................................ 48

Weber, R. .................................................. 35 Wuyts, V. ................................................... 38

Yao, H.B. .................................................... 50

Zaki, M.A. .................................................. 17 Zhang, C. .................................................. 46 Zhang, D. .................................................. 14 Zhou, W. ................................................... 14

 

 

Page 59: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

   

CSHM6     59 

   

Page 60: Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-6) · for lifetime management of existing bridges, and managing data collection systems designed for bridge health monitoring. The

Our Sponsors

 

CSHM6 

Gold Sponsor: 

 

 

Silver Sponsor: 

 

 

 

Bronze Sponsors: 

 

            

 

 


Recommended