Experimental Investigation of the Detection of Bridge Dynamic Parameters using a Moving Vehicle

This paper investigates the feasibility of using an instrumented vehicle to detect bridge dynamic parameters, such as natural frequency and structural damping, in a scaled laboratory experiment. In the experiment, a scaled vehicle model crosses a steel girder which has been adopted as the bridge model. The bridge model also includes a scaled road surface profile. The effects of varying vehicle model mass and speed are investigated. The damping of the girder is also varied. The bridge frequency and changes in damping are detected in the vehicle acceleration response in the presence of a rough road surface profile.

Dynamic axle force and road profile identification using a moving vehicle

The axle forces applied by a vehicle through its wheels are a critical part of the interaction between vehicles, pavements and bridges. Therefore, the minimisation of these forces is important in order to promote long pavement life spans and ensure that bridge loads are small. Moreover, as the road surface roughness affects the vehicle dynamic forces, the monitoring of pavements for highways and bridges is an important task. This paper presents a novel algorithm to identify these dynamic interaction forces which involves direct instrumentation of a vehicle with accelerometers. The ability of this approach to predict the pavement roughness is also presented. Moving force identification theory is applied to a vehicle model in theoretical simulations in order to obtain the interaction forces and pavement roughness from the measured accelerations. The method is tested for a range of bridge spans in simulations and the influence of road roughness level on the accuracy of the results is investigated. Finally, the challenge for the real-world problem is addressed in a laboratory experiment.

Extracting statistically dominant modes of a steel truss bridge from vehicle-induced vibrations

This study is intended to investigate the validity of the stability diagram (SD) aided multivariate autoregressive (MAR) analysis for identifying modal parameters of a real truss bridge. The MAR models are adopted to fit the time series of the dynamic accelerations recorded from a number of observation points on the bridge; then the modal parameters are extracted from the MAR model coefficient matrix. The SD is adopted to determine statistically dominant modes. In plotting the SD, a number of stability criteria are further adopted for filtering out those modes with unstable modal parameters. By the present method, the first five modal frequencies and mode shapes are identified with very high precision, while the damping ratios are identified with high precision for the 1st mode but with poorer precision for higher modes. Moreover, the ability of the SD in selecting structural modes without getting involved in any model-order optimization problem is highlighted through a comparison study.

A Conventional Internal Combustion Engine Versus a Range Extended Electric Vehicle Under the Current Regulatory Regime in the United Kingdom

Transport accounts for 22% of greenhouse gas emissions in the United Kingdom and cars are expected tomore than double by 2050. Car manufacturers are continually aiming for a substantially reduced carbonfootprint through improved fuel efficiency and better powertrain performance due to the strict EuropeanUnion emissions standards. However, road tax, not just fuel efficiency, is a key consideration of consumerswhen purchasing a car. While measures have been taken to reduce emissions through stricter standards, infuture, alternative technologies will be used. Electric vehicles, hybrid vehicles and range extended electricvehicles have been identified as some of these future technologies. In this research a virtual test bed of aconventional internal combustion engine and a range extended electric vehicle family saloon car were builtin AVL’s vehicle and powertrain system level simulation tool, CRUISE, to simulate the New EuropeanDrive Cycle and the results were then soft-linked to a techno-economic model to compare the effectivenessof current support mechanisms over the full life cycle of both cars. The key finding indicates that althoughcarbon emissions are substantially reduced, switching is still not financially the best option for either theconsumer or the government in the long run.

Street Medicine – Assessment Work Strategies of Paramedics on the Front lines of Emergency Health Services

This article is based on an institutional ethnographic inquiry into the work of paramedics and the institutional setting that organizes and coordinates their work processes in a major City in Canada. Drawing on over 200 hours of observations and over 100 interviews with paramedics (average length of 18 minutes) and other emergency medical personnel, this article explores the standard and not so standard work of paramedics as they assess and care for their patients on the front lines of emergency health services. The multiplicity of interfacing social, demographic, locational, and situational factors that shape and organize the work of paramedics are analyzed. In doing so, this article provides insights into the complex work of an understudied yet ever-important profession in healthcare.

Development of a Vehicle-Bridge-Soil Dynamic Interaction Model for Scour Damage Modelling

Damage detection in bridges using vibration-based methods is an area of growing research interest. Improved assessment
methodologies combined with state-of-the-art sensor technology are rapidly making these approaches applicable for real-world
structures. Applying these techniques to the detection and monitoring of scour around bridge foundations has remained
challenging; however this area has gained attraction in recent years. Several authors have investigated a range of methods but
there is still significant work required to achieve a rounded and widely applicable methodology to detect and monitor scour.This
paper presents a novel Vehicle-Bridge-Soil Dynamic Interaction (VBSDI) model which can be used to simulate the effect of scour
on an integral bridge. The model outputs dynamic signals which can be analysed to determine modal parameters and the variation
of these parameters with respect to scour can be examined.The key novelty of this model is that it is the first numerical model for
simulating scour that combines a realistic vehicle loadingmodel with a robust foundation soil responsemodel.This paper provides a
description of the model development and explains the mathematical theory underlying themodel. Finally a case study application
of the model using typical bridge, soil, and vehicle properties is provided.

Determining the Presence of Scour around Bridge Foundations Using Vehicle-Induced Vibrations

Bridge scour is the number one cause of failure in bridges located over waterways. Scour leads to rapid losses in foundation stiffness and can cause sudden collapse. Previous research on bridge health monitoring has used changes in natural frequency to identify damage in bridge beams. The possibility of using a similar approach to identifying scour is investigated in this paper. To assess if this approach is feasible, it is necessary to establish how scour affects the natural frequency of a bridge, and if it is possible to measure changes in frequency using the bridge dynamic response to a passing vehicle. To address these questions, a novel vehicle–bridge–soil interaction (VBSI) model was developed. By carrying out a modal study in this model, it is shown that for a wide range of possible soil states, there is a clear reduction in the natural frequency of the first mode of the bridge with scour. Moreover, it is shown that the response signals on the bridge from vehicular loading are sufficient to allow these changes in frequency to be detected.

Selection of the most appropriate roadside vehicle restraint system – the SAVeRS project

Run Off Road (ROR) crashes are road accidents that often result in severe injuries or fatalities. To reduce the severity of ROR crashes, “forgiving roadsides” need to be designed and this includes identifying situations where there is a need for a Vehicle Restraint System (VRS) and what appropriate VRS should be selected for a specific location and traffic condition. Whilst there are standards covering testing, evaluation and classification of VRS within Europe (EN1317 parts 1 to 8), their selection, location and installation requirements are typically based upon national guidelines and standards, often produced by National Road Authorities (NRA) and/or overseeing organisations. Due to local conditions, these national guidelines vary across Europe.
The European SAVeRS project funded by CEDR has developed a practical and readily understandable VRS guidance document and a user-friendly software tool which allow designers and road administrations to select the most appropriate solution in different road and traffic conditions.
This paper describes the main outcomes of the project, the process to select the most appropriate roadside barrier, and the user friendly SAVeRS tool.

Análise do desempenho de autoestradas através de microssimulação

Portugal é um dos países europeus com melhor cobertura espacial e populacional de rede de autoestradas (5º entre os 27 da UE). O acentuado crescimento desta rede nos últimos anos leva a que seja necessária a utilização de metodologias de análise e avaliação da qualidade do serviço que é prestado nestas infraestruturas, relativamente às condições de circulação. Usualmente, a avaliação da qualidade de serviço é efetuada por intermédio de metodologias internacionalmente aceites, das quais se destaca a preconizada no Highway Capacity Manual (HCM). É com esta última metodologia que são habitualmente determinados em Portugal, os níveis de serviço nas diversas componentes de uma autoestrada (secções correntes, ramos de ligação e segmentos de entrecruzamento). No entanto, a sua transposição direta para a realidade portuguesa levanta algumas reservas, uma vez que os elementos que compõem o ambiente rodoviário (infraestrutura, veículo e condutor) são distintos dos da realidade norte-americana para a qual foi desenvolvida. Assim, seria útil para os atores envolvidos no setor rodoviário dispor de metodologias desenvolvidas para as condições portuguesas, que possibilitassem uma caracterização mais realista da qualidade de serviço ao nível da operação em autoestradas. No entanto, importa referir que o desenvolvimento de metodologias deste género requer uma quantidade muito significativa de dados geométricos e de tráfego, o que acarreta uma enorme necessidade de meios, quer humanos, quer materiais. Esta abordagem é assim de difícil execução, sendo por isso necessário recorrer a metodologias alternativas para a persecução deste objetivo. Ultimamente tem-se verificado o uso cada vez mais generalizado de modelos de simulação microscópica de tráfego, que simulando o movimento individual dos veículos num ambiente virtual permitem realizar análises de tráfego. A presente dissertação apresenta os resultados obtidos no desenvolvimento de uma metodologia que procura recriar, através de simuladores microscópicos de tráfego, o comportamento das correntes de tráfego em secções correntes de autoestradas com o intuito de, posteriormente, se proceder à adaptação da metodologia preconizada no HCM (na sua edição de 2000) à realidade portuguesa. Para tal, com os simuladores microscópicos utilizados (AIMSUN e VISSIM) procurou-se reproduzir as condições de circulação numa autoestrada portuguesa, de modo a que fosse possível analisar as alterações sofridas no comportamento das correntes de tráfego após a modificação dos principais fatores geométricos e de tráfego envolvidos na metodologia do HCM 2000. Para o efeito, realizou-se uma análise de sensibilidade aos simuladores de forma a avaliar a sua capacidade para representar a influência desses fatores, com vista a, numa fase posterior, se quantificar o seu efeito para a realidade nacional e dessa forma se proceder à adequação da referida metodologia ao contexto português. Em resumo, o presente trabalho apresenta as principais vantagens e limitações dos microssimuladores AIMSUN e VISSIM na modelação do tráfego de uma autoestrada portuguesa, tendo-se concluído que estes simuladores não são capazes de representar de forma explícita alguns dos fatores considerados na metodologia do HCM 2000, o que impossibilita a sua utilização como ferramenta de quantificação dos seus efeitos e consequentemente inviabiliza a adaptação dessa metodologia à realidade nacional. São, no entanto, referidas algumas indicações de como essas limitações poderão vir a ser ultrapassadas, com vista à consecução futura dessa adequação.

Effect of vehicle characteristics on safety, fuel use and emissions

Nos últimos anos, o número de vítimas de acidentes de tráfego por milhões de habitantes em Portugal tem sido mais elevado do que a média da União Europeia. Ao nível nacional torna-se premente uma melhor compreensão dos dados de acidentes e sobre o efeito do veículo na gravidade do mesmo. O objetivo principal desta investigação consistiu no desenvolvimento de modelos de previsão da gravidade do acidente, para o caso de um único veículo envolvido e para caso de uma colisão, envolvendo dois veículos. Além disso, esta investigação compreendeu o desenvolvimento de uma análise integrada para avaliar o desempenho do veículo em termos de segurança, eficiência energética e emissões de poluentes. Os dados de acidentes foram recolhidos junto da Guarda Nacional Republicana Portuguesa, na área metropolitana do Porto para o período de 2006-2010. Um total de 1,374 acidentes foram recolhidos, 500 acidentes envolvendo um único veículo e 874 colisões. Para a análise da segurança, foram utilizados modelos de regressão logística. Para os acidentes envolvendo um único veículo, o efeito das características do veículo no risco de feridos graves e/ou mortos (variável resposta definida como binária) foi explorado. Para as colisões envolvendo dois veículos foram criadas duas variáveis binárias adicionais: uma para prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos num dos veículos (designado como veículo V1) e outra para prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no outro veículo envolvido (designado como veículo V2). Para ultrapassar o desafio e limitações relativas ao tamanho da amostra e desigualdade entre os casos analisados (apenas 5.1% de acidentes graves), foi desenvolvida uma metodologia com base numa estratégia de reamostragem e foram utilizadas 10 amostras geradas de forma aleatória e estratificada para a validação dos modelos. Durante a fase de modelação, foi analisado o efeito das características do veículo, como o peso, a cilindrada, a distância entre eixos e a idade do veículo. Para a análise do consumo de combustível e das emissões, foi aplicada a metodologia CORINAIR. Posteriormente, os dados das emissões foram modelados de forma a serem ajustados a regressões lineares. Finalmente, foi desenvolvido um indicador de análise integrada (denominado “SEG”) que proporciona um método de classificação para avaliar o desempenho do veículo ao nível da segurança rodoviária, consumos e emissões de poluentes.Face aos resultados obtidos, para os acidentes envolvendo um único veículo, o modelo de previsão do risco de gravidade identificou a idade e a cilindrada do veículo como estatisticamente significativas para a previsão de ocorrência de feridos graves e/ou mortos, ao nível de significância de 5%. A exatidão do modelo foi de 58.0% (desvio padrão (D.P.) 3.1). Para as colisões envolvendo dois veículos, ao prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no veículo V1, a cilindrada do veículo oposto (veículo V2) aumentou o risco para os ocupantes do veículo V1, ao nível de significância de 10%. O modelo para prever o risco de gravidade no veículo V1 revelou um bom desempenho, com uma exatidão de 61.2% (D.P. 2.4). Ao prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no veículo V2, a cilindrada do veículo V1 aumentou o risco para os ocupantes do veículo V2, ao nível de significância de 5%. O modelo para prever o risco de gravidade no veículo V2 também revelou um desempenho satisfatório, com uma exatidão de 40.5% (D.P. 2.1). Os resultados do indicador integrado SEG revelaram que os veículos mais recentes apresentam uma melhor classificação para os três domínios: segurança, consumo e emissões. Esta investigação demonstra que não existe conflito entre a componente da segurança, a eficiência energética e emissões relativamente ao desempenho dos veículos.