ISO 18649:2004
(Main)Mechanical vibration — Evaluation of measurement results from dynamic tests and investigations on bridges
Mechanical vibration — Evaluation of measurement results from dynamic tests and investigations on bridges
ISO 18649:2004 provides methodology for the evaluation of results from dynamic tests and investigations on bridges and viaducts. It complements the procedure for conducting the tests as given in ISO 14963 and considers -- the objectives of the dynamic tests, -- the techniques for data analysis and system identification, -- the modelling of the bridge, and -- evaluation of the measured data. The dynamic tests considered in ISO 18649:2004 do not replace static tests. ISO 18649:2004 gives guidance on the assessment of measurements carried out over the life cycle of the bridge. The stages of the life cycle that are considered are -- during construction and prior to commissioning, -- during commissioning trials, -- during specified periods throughout the life of the bridge, and -- immediately prior to decommissioning the bridge. ISO 18649:2004 is applicable to road, rail and pedestrian bridges and viaducts (both during construction and operation) and also to other works, provided that they justify its application. The application of this International Standard to special structures (cable-stayed or suspension bridges) requires specific tests that take into account the particular characteristics of the work.
Vibrations mécaniques — Évaluation des résultats de mesurages relatives aux essais dynamiques et aux investigations sur les ponts
ISO 18649:2004 fournit une méthode d'évaluation des résultats d'essais dynamiques et d'investigations sur les ponts et les viaducs. Elle complète le mode opératoire de réalisation des essais donné dans l'ISO 14963 et tient compte: - des objectifs des essais dynamiques, - des techniques d'analyse des données et d'identification du système, - de la modélisation du pont, et - de l'évaluation des données mesurées.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18649
First edition
2004-07-01
Mechanical vibration — Evaluation of
measurement results from dynamic tests
and investigations on bridges
Vibrations mécaniques — Évaluation des résultats de mesures relatives
aux essais dynamiques et aux investigations sur les ponts
Reference number
©
ISO 2004
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Contents Page
Foreword. iv
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Terms and definitions. 2
4 Vibration measurement. 2
4.1 General considerations. 2
4.2 Monitoring of a bridge during construction and for commissioning . 3
4.3 Monitoring of a bridge in service . 8
5 Data analysis and method of structural identification . 9
5.1 General. 9
5.2 Data analysis and domain. 9
5.3 Digitizing. 9
5.4 Identification of vibration characteristics in the time domain. 9
5.5 Identification of vibration characteristics in the frequency domain. 12
5.6 Structural identification and inverse analysis . 12
6 Modelling bridges and their surrounding environment . 13
6.1 Modelling bridge structures. 13
6.2 Modelling of traffic loads. 14
6.3 Modelling of human walking and its dynamic effect. 15
6.4 Wind load. 15
6.5 Modelling of the ground for viaduct vibration . 15
7 Evaluation of monitored data and its application. 16
7.1 Evaluation method and evaluation criteria. 16
7.2 Evaluation during construction. 16
7.3 Evaluation of structural safety in service. 17
7.4 Evaluation of serviceability. 18
7.5 Evaluation of environmental vibration. 18
Annex A (informative) Data analysis in time and frequency domains . 19
Annex B (informative) Identification of vibration characteristics. 23
Annex C (informative) Modelling of walking load. 24
Bibliography . 25
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 18649 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock,
Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines,
vehicles and structures.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18649:2004(E)
Mechanical vibration — Evaluation of measurement results
from dynamic tests and investigations on bridges
1 Scope
This International Standard provides methodology for the evaluation of results from dynamic tests and
investigations on bridges and viaducts. It complements the procedure for conducting the tests as given in
ISO 14963 and considers
the objectives of the dynamic tests,
the techniques for data analysis and system identification,
the modelling of the bridge, and
evaluation of the measured data.
NOTE 1 The evaluation may seek to define all of the dynamic characteristics of each mode of vibration examined, i.e.
frequency, stiffness, mode shape and damping, and their non-linear variation with amplitude of motion. These can supply
information on the dynamic characteristics of a structure for comparison with those assumed in design, or as a basis for
condition monitoring or system identification.
The dynamic tests considered in this International Standard do not replace static tests.
This International Standard gives guidance on the assessment of measurements carried out over the life cycle
of the bridge. The stages of the life cycle that are considered are
a) during construction and prior to commissioning,
b) during commissioning trials,
c) during specified periods throughout the life of the bridge, and
d) immediately prior to decommissioning the bridge.
This International Standard is applicable to road, rail and pedestrian bridges and viaducts (both during
construction and operation) and also to other works, provided that they justify its application. The application
of this International Standard to special structures (cable-stayed or suspension bridges) requires specific tests
that take into account the particular characteristics of the work.
NOTE 2 Throughout this International Standard, “bridges and viaducts” are called “bridges”. The term “viaduct” is used
only when it is necessary to distinguish between these.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 2041, Vibration and shock — Vocabulary
ISO 14963, Mechanical vibration and shock — Guidelines for dynamic tests and investigations on bridges and
viaducts
ISO 14964, Mechanical vibration and shock — Vibration of stationary structures — Specific requirements for
quality management in measurement and evaluation of vibration
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 and the following apply.
3.1
buildability
property of a structure that enables construction to proceed in a safe, timely and economic fashion
NOTE The buildability of bridges may require construction to proceed in a strong wind, so wind effects on vibration
may need to be monitored.
3.2
environmental compatibility
environmental impact on a new bridge, which may need to be evaluated, involving wind effects, air noise and
ground vibration
3.3
serviceability
limit state beyond which a structure no longer satisfies the operating requirements such that it is no longer fit
for purpose
3.4
monitoring
programme of measurements, usually over a period of time, whereby changes in an appropriate parameter
may be interpreted as indicating a change in the state of the structure
NOTE It is important to establish a benchmark and allow for changes attributable to cyclic environmental factors such
as diurnal or seasonal changes of temperature and humidity.
3.5
running safety
property whereby traffic crossing a bridge at an appropriate speed is not deleteriously affected in maintaining
direction or stability
3.6
riding quality
property whereby occupants of vehicles crossing a bridge at appropriate speed are not exposed to such levels
of vibration as to adversely affect their comfort
4 Vibration measurement
4.1 General considerations
The guidelines for vibration measurements as given in ISO 14963 shall be observed and the quality
requirements for these measurements as given in ISO 14964 shall be fulfilled. Measurements may be carried
out on bridges under construction and in commissioning and on bridges in service.
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4.2 Monitoring of a bridge during construction and for commissioning
4.2.1 Objectives of vibration monitoring
Figures 1 and 2 illustrate the relationships between the various stages involved in vibration monitoring.
The objectives of vibration monitoring shall be specified as follows:
a) evaluation of the accuracy and buildability of construction;
b) evaluation of structural performance during construction and upon completion;
c) assessment of the safety of the bridge during construction and upon completion;
d) evaluation of serviceability upon completion;
e) evaluation of environmental compatibility;
f) determination of the initial characteristics of vibration for maintenance and for calibration of the numerical
model of the bridge in service;
g) feedback to structural design.
Uncertainty of results in each process of measurement and evaluation cannot be avoided and there is a
possibility to include uncertainty as shown in Figure 1. Therefore, reduction and qualification of measurement
uncertainty and error are needed in the process.
Figure 1 — Flowchart of vibration monitoring of a bridge
Figure 2 — Overview of vibration monitoring of a bridge
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4.2.2 Evaluation of construction management
4.2.2.1 General
Vibration measurements on bridges may be conducted during construction. For example, vibration tests on
cables of cable-stayed bridges or suspension bridges are used to control the tension of the cables. In order to
control the profile of the bridge under construction, measurement of the vibration of cables is required.
Dynamic measurements may also provide an indication of when high vibration levels will have an adverse
effect on construction.
4.2.2.2 Evaluation of cable tension
Dynamic characteristics are greatly influenced by the support conditions. Cable tension of a cable-stayed or
suspension bridge is one of the main parameters for construction management. Vibration of cables is easily
measured for the determination of the natural frequency of transvers
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18649
Première édition
2004-07-01
Vibrations mécaniques — Évaluation
des résultats de mesurages relatives
aux essais dynamiques et aux
investigations sur les ponts
Mechanical vibration — Evaluation of measurement results from
dynamic tests and investigations on bridges
Numéro de référence
©
ISO 2004
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos . iv
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Mesurage des vibrations . 3
4.1 Considérations générales . 3
4.2 Surveillance d’un pont pendant la construction et pour la mise en service . 3
4.3 Surveillance d’un pont en service . 10
5 Analyse de données et méthode d’identification structurelle . 10
5.1 Généralités . 10
5.2 Analyse de données et domaine . 10
5.3 Numérisation . 10
5.4 Identification des caractéristiques vibratoires dans le domaine temporel . 11
5.5 Identification des caractéristiques vibratoires dans le domaine fréquentiel . 13
5.6 Identification structurelle et analyse inverse . 14
6 Modélisation des ponts et de leur milieu environnant . 14
6.1 Modélisation des structures de ponts . 14
6.2 Modélisation des charges de trafic . 16
6.3 Modélisation de la marche et de son effet dynamique . 17
6.4 Charge du vent . 17
6.5 Modélisation du sol pour les vibrations des viaducs . 17
7 Évaluation des données mesurées et leur application . 18
7.1 Méthode et critères d’évaluation . 18
7.2 Évaluation pendant la construction . 18
7.3 Évaluation de l’intégrité structurelle en service . 19
7.4 Évaluation de la viabilité . 20
7.5 Évaluation des vibrations environnementales . 20
Annexe A (informative) Analyse de données dans les domaines temporel et fréquentiel . 21
Annexe B (informative) Identification des caractéristiques vibratoires . 26
Annexe C (informative) Modélisation de la charge de marche . 27
Bibliographie . 29
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 18649 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les machines, les
véhicules et les structures.
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 18649:2004(F)
Vibrations mécaniques — Évaluation des résultats de mesures
relatives aux essais dynamiques et aux investigations sur les
ponts
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale fournit une méthode d’évaluation des résultats d’essais dynamiques et
d’investigations sur les ponts et les viaducs. Elle complète le mode opératoire de réalisation des essais donné
dans l’ISO 14963 et tient compte :
des objectifs des essais dynamiques,
des techniques d’analyse des données et d’identification du système,
de la modélisation du pont, et
de l’évaluation des données mesurées.
NOTE 1 L’évaluation peut viser à définir toutes les caractéristiques dynamiques de chaque mode de vibration étudié, à
savoir la fréquence, la rigidité, la forme de mode et l’amortissement, ainsi que leur variation non linéaire en fonction de
l’amplitude de mouvement. Ces éléments peuvent fournir des informations sur les caractéristiques dynamiques d’une
structure pour les comparer avec celles prévues lors de la conception, ou comme base pour la surveillance de l’état ou
l’identification du système.
Les essais dynamiques considérés dans la présente Norme internationale ne remplacent pas les essais
statiques.
La présente Norme internationale donne des lignes directrices sur l’évaluation des mesurages effectués tout
au long du cycle de vie du pont. Les étapes du cycle de vie à prendre en compte sont :
a) pendant la construction et après la mise en service,
b) pendant les essais de mise en service,
c) pendant les périodes spécifiées tout au long du cycle de vie du pont, et
d) immédiatement avant le déclassement du pont.
La présente Norme internationale est applicable aux routes, voies ferrées et ponts et viaducs réservés aux
piétons (à la fois pendant la construction et le fonctionnement) et également à d’autres ouvrages, à conditions
que leur application soit justifiée. L’application de la présente Norme internationale à des structures spéciales
(ponts à haubans et ponts suspendus) nécessite des essais spécifiques qui tiennent compte des
caractéristiques particulières de l’ouvrage.
NOTE 2 Dans la présente Norme international, les « ponts et viaducs » sont appelés « ponts ». Le terme « viaduc »
est utilisé uniquement lorsqu’il est nécessaire de les distinguer.
2 Références normatives
Les documents de référence ci-après sont indispensables à l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 2041, Vibrations et chocs — Vocabulaire
ISO 14963, Vibrations et chocs mécaniques — Lignes directrices pour essais et études dynamiques des
ponts et viaducs
ISO 14964, Vibrations et chocs mécaniques — Vibrations des structures fixes — Exigences spécifiques pour
le management de la qualité dans le mesurage et l'évaluation des vibrations
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants et ceux donnés dans l’ISO 2041
s’appliquent.
3.1
constructibilité
propriété d’une structure permettant de construire de manière sûre, rapide et rentable
NOTE La constructibilité des ponts peut exiger de construire par vent fort, de sorte qu’il peut être nécessaire de
surveiller les effets du vent sur les vibrations.
3.2
compatibilité environnementale
impact de l’environnement sur un nouveau pont, qu’il peut être nécessaire d’évaluer, impliquant les effets du
vent, le bruit de l’air et les vibrations au sol
3.3
viabilité
état limite au-delà duquel une structure ne satisfait plus aux exigences de fonctionnement de sorte qu’elle
n’est plus adaptée aux besoins
3.4
surveillance
programme de mesurages, généralement sur une période de temps, selon lequel les modifications d’un
paramètre approprié peuvent être interprétées comme indiquant un changement d’état de la structure
NOTE Il est important d’établir des données de référence et de prévoir les modifications attribuables à des facteurs
environnementaux cycliques tels que les variations de température et d’humidité diurnes et saisonnières.
3.5
sécurité de fonctionnement
propriété selon laquelle la circulation routière franchissant un pont à une vitesse appropriée n’est pas affectée
de façon défavorable lors du maintien de la direction ou de la stabilité
3.6
qualité de déplacement
propriété selon laquelle les occupants de véhicules franchissant un pont à une vitesse appropriée ne sont pas
exposés à des niveaux de vibration nuisant à leur confort
4 Mesurage des vibrations
4.1 Considérations générales
Les lignes directrices relatives au mesurage des vibrations, indiquées dans l’ISO 14963, doivent être suivies
et les exigences applicables à la qualité de ces mesurages, données dans l’ISO 14964, doivent être
satisfaites. Les mesurages peuvent être effectués sur des ponts en construction et en phase de mise en
service, et sur les ponts en service.
4.2 Surveillance d’un pont pendant la construction et pour la mise en service
4.2.1 Objectifs de la surveillance des vibrations
Les Figures 1 et 2 illustrent les relations entre les différentes étapes impliquées dans la surveillance des
vibrations.
Les objectifs de la surveillance des vibrations doivent être indiqués comme suit :
a) évaluation de la précision de construction et de la constructibilité ;
b) évaluation des performances structurelles pendant et après la construction ;
c) évaluation de la sécurité du pont pendant et après sa construction ;
d) évaluation de la viabilité après la construction ;
e) évaluation de la compatibilité environnementale ;
f) détermination des caractéristiques vibratoires initiales pour la maintenance et pour l’étalonnage du
modèle numérique du pont en service ;
g) formulation de remarques sur la conception structurelle.
L’incertitude des résultats lors de chaque processus de mesurage et d’évaluation ne peut pas être évitée et il
est possible d’inclure l’incertitude comme indiqué sur la Figure 1. Par conséquent, la réduction et la
qualification de l’incertitude et de l’erreur de mesure sont requises dans le processus.
Figure 1 — Logigramme de surveillance des vibrations d’un pont
Figure 2 — Présentation générale de la surveillance des vibrations d’un pont
4.2.2 Évaluation de la gestion de la construction
4.2.2.1 Généralités
Les mesurages des vibrations sur les ponts peuvent être réalisés pendant la construction. Par exemple, des
essais de vibration sur les câbles de ponts à haubans ou de ponts suspendus sont utilisés pour contrôler la
tension des câbles. Pour contrôler le profil du pont en construction, il est nécessaire de mesurer les vibrations
des câbles. Des mesurages dynamiques peuvent aussi indiquer quand des niveaux de vibration élevés auront
un effet préjudiciable sur la construction.
4.2.2.2 Évaluation de la tension des câbles
Les caractéristiques dynamiques
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.