A low-cost approach to monitoring the structural health of pedestrian bridges

Abstract

Changes in dynamic properties of structures, such as damping ratios and natural frequencies can be detected by periodic monitoring (e.g. one time by year). These changes are often indications of structural damage thereby, the maintenance or demolition of the structure can be doing in due time. In the case of pedestrian bridges, people’s movements may produce a resonance state, which leads to excessive deflection that accelerates the deterioration of these structures. Typically, these dynamic properties are detected by using high-cost vibration measurement equipment to achieve high levels of precision (i.e. a very low noise levels). This article studies the measurement of dynamic properties in pedestrian bridges using a tri-axial accelerometer integrated into a mobile phone as a low-cost and alternative practice. Accelerations were recorded on a steel pedestrian bridge (flexible) and on a post-tensioned concrete pedestrian bridge (rigid) located in Barranquilla City (Colombia). Vibrations were induced by a person (e.g., by jumping). Previous studies based on traditional measuring techniques show that two dominant frequencies in both types of bridges can be identified. However, in this study a reliable damping ratio could only be established for the steel bridge that it is associated with the flexibility and the low amplitude of the induced vibrations by a single pedestrian user.

Los cambios en las propiedades dinámicas de las estructuras, como las relaciones de amortiguamiento y las frecuencias naturales, se pueden detectar mediante monitoreos periódicos (por ejemplo, una vez por año). Estos cambios son a menudo indicaciones de daños estructurales, por lo que el mantenimiento o la demolición de la estructura puede realizarse a su debido tiempo. En el caso de los puentes peatonales, los movimientos de las personas pueden producir un estado de resonancia, lo que conduce a una desviación excesiva que acelera el deterioro de estas estructuras. Normalmente, estas propiedades dinámicas se detectan utilizando equipos de medición de vibraciones de alto costo para lograr altos niveles de precisión (es decir, niveles de ruido muy bajos). Este artículo estudia la medición de las propiedades dinámicas en puentes peatonales utilizando un acelerómetro tri-axial integrado en un teléfono móvil como una práctica alternativa y de bajo costo. Las aceleraciones se registraron en un puente peatonal de acero (flexible) y en un puente peatonal de hormigón pos-tensado (rígido) ubicado en la ciudad de Barranquilla (Colombia). Las vibraciones fueron inducidas por una persona (por ejemplo, saltando). Estudios previos que emplean técnicas de medición tradicionales muestran que se pueden identificar dos frecuencias dominantes en ambos tipos de puentes. Sin embargo, en este estudio, solo se pudo establecer una relación de amortiguación confiable para el puente de acero que está asociada con la flexibilidad y la baja amplitud de las vibraciones inducidas por un solo usuario peatonal.