System Identification Work on 199+325 Steel Railroad Bridge and Development of its Calibrated Finite Element Model
Özgür Özçelik1, Özgür Girgin1, Carmen Amaddeo21Department of Civil Engineering, Dokuz Eylül University, İzmir, Turkey2Department of Civil Engineering, İzmir University of Economics, İzmir, Turkey
Railroad bridges maintained and operated by the State Raid Road Agency (TCDD) constitute the main passage ways and junction points of the railroad network of the country. Most of these bridges have been under service for more than 100 years. These bridges are exposed to larger service loads as compared to the highway bridges, and are open to external actions leading to changes in their dynamic parameters. Due to these reasons, the railroad bridges must routinely be checked and serviced. The routine checks done by TCDD are based on visual inspection, and highly subjective and dependent on the technician’s experience. This increases the chance of making mistakes and missing hidden structural damages. Vibration-based structural health monitoring offers a more objective framework which has the potential to reduce operator dependent nature of the routine checks.
This study presents modal parameter estimation studies by in-situ experiments and a developed reference numerical model of the 199+325 steel railway bridge located in Usak. The dynamic response of the bridge was measured in four different test setups and in two different temperature states, and under ambient vibration conditions. Modal parameters of the bridge are estimated using two different output-only system identification methods, namely, Enhanced Frequency Domain Decomposition and Data-driven Stochastic Subspace Identification methods. The identification results obtained under different temperature conditions are compared in assessing the effects of temperature change in identification results. Three dimensional finite element model of the bridge is created using FEDEASLab software. Trial-and-error type model updating study is conducted. Therefore a reference numerical model of the bridge representing its current condition is obtained. This model will be facilitated in the future for damage identification purpose using the sensitivity based finite element modeling updating method.
199+325 Çelik Demiryolu Köprüsünün Sistem Tanımlama Çalışmaları ve Kalibre Sonlu Elemanlar Modelinin Oluşturulması
Özgür Özçelik1, Özgür Girgin1, Carmen Amaddeo21Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İzmir, Türkiye2İzmir Ekonomi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İzmir, Türkiye
Ülkemizde bulunan demiryolu köprüleri TCDD tarafından işletilen demiryolu ağlarının en önemli bağlantı ve geçit noktalarını oluşturmakta ve bu köprülerin büyük bir kısmı 100 yılı aşkın süredir hizmet vermektedir. Bu köprüler diğer köprülere kıyasla (karayolu, yolu köprüleri) daha ağır yüklere ve köprünün dinamik özelliklerini değiştirebilen etkilere maruz kalmaktadır. Bu sebeplerden dolayı demiryolu köprülerinin TCDD tarafından rutin olarak gerçekleştirilen bakım ve onarım çalışmaları önem arz etmektedir. TCDD tarafından gerçekleştirilen umumi ve periyodik kontrol yöntemleri, gözleme dayanan ve tekniği uygulayan kişilerin deneyimine bağlı yöntemlerdir. Bu yüzden bu çalışmalarda hata yapma olasılığı fazla olup gizli hasarların tespit edilmesi de güç olmaktadır. Titreşim tabanlı yapı sağlığının izlenmesi yöntemleri gözleme dayalı olarak yapılan demiryolu köprülerinin bakım ve onarım çalışmaları için daha nesnel bir değerlendirme yöntemidir.
Bu çalışma Uşak il sınırında bulunan ve TCDD tarafından işletilen 199+325 çelik demiryolu köprüsünün yerinde yapılan deneysel çalışmalar ile modal parametrelerinin tahmin edilmesini ve köprünün referans sayısal modelinin geliştirilmesi çalışmalarını içermektedir. Köprünün dinamik tepkisi 2 farklı ortam sıcaklığında ve ortamsal titreşim koşulları altında 4 farklı deney kurulumu ile ölçülmüştür. Modal parametreler ise 2 farklı sadece-çıktı tabanlı sistem tanımlama yöntemi kullanılarak tahmin edilmiştir. Bunlardan ilki İyileştirilmiş Frekans Tanım Alanında Ayrıştırma (Enhanced Frequency Domain Decomposition, EFDD) ikincisi ise Veri Tabanlı Stokastik Altalan Tanımlama (Data-driven Stochastic Subspace Identification, SSI-DATA) yöntemleridir. İki farklı sıcaklık koşulunda elde edilen sonuçlar, modal parametre tahmin sonuçlarındaki sıcaklık değişiminin etkilerini değerlendirmek için karşılaştırılmıştır. Köprünün başlangıç sonlu elemanlar modeli Matlab tabanlı FEDEASLab sonlu elemanlar programı kullanılarak oluşturulmuş ve deneme-yanılma yöntemi ile kalibrasyonu gerçekleştirilmiştir. Böylece köprünün mevcut durumunu yansıtan referans bir sayısal model oluşturulmuştur. Bu model ileride sonlu elemanlar modeli güncelleme tabanlı hasar tespitinde kullanılabilecektir.
Corresponding Author: Özgür Özçelik, Türkiye
Manuscript Language: Turkish