Application of 3D Laser Scanning Technology for Cable Tension Evaluation of Suspension Bridge: A Case Study of Suspension Bridge Crossing the Tha-Chin River Lamphaya, Banglen, Nakhonpathom
Abstract
ในปัจจุบันการติดตามสภาพโครงสร้างสายเคเบิลโดยทั่วไปนิยมใช้วิธีการวัดความถี่ ซึ่งมีข้อจำกัดเนื่องจากต้องติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดที่สายเคเบิลโดยตรงทำให้ยากต่อการปฏิบัติงานในบริเวณที่เข้าถึงได้ลำบาก การศึกษานี้จึงนำเสนอวิธีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการสแกนวัตถุสามมิติด้วยแสงเลเซอร์ เพื่อประเมินแรงดึงภายในสายเคเบิลขนาดใหญ่ด้วยวิธีไม่สัมผัส จุดเด่นของวิธีการนี้คือ สามารถเก็บข้อมูลได้จากระยะไกลและไม่จำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์ใด ๆ บนสายเคเบิล งานวิจัยนี้อาศัยหลักทางกลศาสตร์เพื่อวิเคราะห์หาเส้นโค้งหย่อนตัวของสายเคเบิลจากค่าแรงดึงที่กำหนดและใช้ค่ารากที่สองของความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ยในการประเมินเพื่อหาเส้นโค้งหย่อนตัวที่เหมาะสมที่สุดและค่าแรงดึงที่สอดคล้อง โดยใช้ข้อมูลจากสะพานแขวนข้ามแม่น้ำท่าจีน ตำบลลำพญา จังหวัดนครปฐม เป็นกรณีศึกษา ผลการศึกษาพบว่าเทคโนโลยีการสแกนวัตถุสามมิติมีความแม่นยำสูงในการเก็บข้อมูลพิกัดการหย่อนตัวของสายเคเบิลสะพานแขวน ผลการประเมินแสดงให้เห็นว่าสายเคเบิลหลักมีความปลอดภัยภายใต้สภาวะน้ำหนักบรรทุกจรน้อยที่สุดและน้ำหนักบรรทุกจรสูงสุด นอกจากนี้ยังพบว่าการลดจำนวนการแบ่งช่วงหรือจำนวนพิกัดที่ใช้ในการวิเคราะห์ลงยังคงให้ผลการประเมินที่มีความแม่นยำเพียงพอ อย่างไรก็ตามข้อมูลพิกัดบริเวณจุดรองรับยังคงเป็นข้อมูลสำคัญที่จำเป็นต่อความแม่นยำในการวิเคราะห์
Currently, structural health monitoring of cables typically relies on frequency-based methods, which require sensor installation directly onto the cables. This poses a significant limitation when cables are located in hard-to-reach areas. Therefore, this study proposes an alternative approach using three-dimensional (3D) laser scanning technology for the non-contact tension assessment of large-scale cables. The primary advantage of this method is its ability to collect data remotely without the need to install any devices on the cables. Based on cable mechanics, sag curves are analyzed using specified tension values, and the Root Mean Square Error (RMSE) is employed to determine the best-fit sag curve and its corresponding tension. The suspension bridge crossing the Tha Chin River in Lam Phaya Subdistrict, Nakhon Pathom Province, was selected as the case study. The results demonstrate that 3D laser scanning technology provides high accuracy in capturing the sag coordinates of suspension bridge cables. The assessment indicates that the main cables remain safe under both minimum and maximum live-load conditions. Furthermore, the study reveals that reducing the number of segments or coordinate points used in the analysis remains feasible while maintaining sufficient accuracy. However, coordinate data at the support points remain critical for obtaining reliable analytical results.
Keywords
[1] Thai PBS. (2013, Apr.). A suspension bridge over the Pa Sak River collapsed due to misuse of its intended purpose. Thai PBS, Thailand. [Online]. Available: https://www.thaipbs.or. th/news/content/165964 (in Thai).
[2] Thairath. (2022, Oct.). Dramatic incident: Indian suspension bridge collapses in the middle, people fall into river and drown, 120 dead (video). Thairath, Thailand. [Online]. Available: https://www.thairath.c o.th/news/foreign/2540306 (in Thai).
[3] Matichon. (2025, Aug.). A suspension bridge cable snapped in Xinjiang, killing 5 and injuring 24. China has dispatched an investigation team. Matichon, Thailand. [Online]. Available: https://www.matichon. co.th/foreign/news_5312699 (inThai).
[4] Z. Fang and J. Wang, “Practical formula for cable tension estimation by vibration method,” Journal of Bridge Engineering, vol. 17, no. 1, pp. 161–164, 2012, doi: 10.10 61/(ASCE)BE.1943-5592.0000200.
[5] J. Wang, W. Liu, L. Wang, and X. Han, “Estimation of main cable tension force of suspension bridges based on ambient vibration frequency measurements,” Structural Engineering and mechanics, vol. 56, no. 6, pp. 939–957, 2015, doi: 10.12 989/sem.2015.56.6.939.
[6] H. Nam and N. T. Nghia, “Estimation of cable tension using measured natural frequencies,” Procedia Engineering, vol. 14, pp. 1510–1517, 2011, doi: 10.1016/j.proeng .2011.07.190.
[7] C.-X. Qu, T.-H. Yi, Y.-Z. Zhou, H.-N. Li, and Y.-F. Zhang, “Frequency identification of practical bridges through higher- order spectrum,” Journal of Aerospace Engineering, vol. 31, no. 3, pp. 04018018, 2018, doi: 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.00 00840.
[8] A. Pesci, G. Casula, and E. Boschi, “Laser scanning the Garisenda and Asinelli towers in Bologna (Italy): Detailed deformation patterns of two ancient leaning buildings,” Journal of Cultural Heritage, vol. 12, no. 2, pp. 117–127, 2011, doi: 10.1016/j.culher.20 11.01.002.
[9] C.-J. Agustí, L. i G. Josep, C.-P. Sergio, and L.-P. Monica, “Using the terrestrial laser scanner and simple methodologies for geometrically assessing complex masonry vaults,” Journal of Cultural Heritage, vol. 36, pp. 247–254, 2019, doi: 10.1016/j. culher.2018.10.003.
[10] P. Sairuamyat, P. Mahasuwanchai, C. Athisakul, S. Leelataviwat, and S. Chucheepsakul, “Application of 3D laser scanning technology for preservation and monitoring of Thai pagoda: A case study of Wat Krachee Ayutthaya,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 463, 2020, Art. no. 012082, doi: 10.1088 /1755-1315/463/1/012082.
[11] P. Mahasuwanchai, C. Athisakul, P. Sairuamyat, W. Tangchirapat, S. Leelataviwat, and S. Chucheepsakul, “An alternative method for long-term monitoring of Thai historic pagodas based on terrestrial laser scanning data: A case study of Wat Krachee in Ayutthaya,” Advances in Civil Engineering, vol. 2021, pp. 1–17, 2021, doi: 10.1155/ 2021/5587046.
[12] C. Binzaits, P. Mahasuwanchai, C. Athisakul, S. Leelataviwat, S. Chucheepsakul, C. Tingsanchali, and C. Sudthongkhong, “Long-term monitoring and finite element analysis of the Pasana Chedi Wat Ratchapradit Sathimahasimaram Ratchaworawihan based on terrestrial laser scanning data,” The journal of KMUTNB, vol. 35, no. 3, pp. 1–17, 2025 (in Thai), Art. no. 253-02737, doi: 10.14416/j.kmutnb. 2024.09.016.
[13] D. Kim, Y. Kwak, and H. Sohn, “Accelerated cable-stayed bridge construction using terrestrial laser scanning,” Automation in Construction, vol. 117, 2020, Art. no. 103269, doi: 10.1016/j.autcon.2020.103269.
[14] S. Artese and R. Zinno, “TLS for dynamic measurement of the elastic line of bridges,” Applied Sciences, vol. 10, no. 3, 2020, Art. no. 1182, doi: 10.3390/app10031 182.
[15] C. Binzaits, P. Mahasuwanchai, C. Athisakul, and S. Leelataviwat, “Terrestrial laser scanning data for monitoring and inspection of Rama IX cable-stayed bridge,” presented at the 26th National Convention on Civil Engineering, Online conference, 23–25, Jun. 2021 (in Thai).
[16] Y. Zhou, Z. Huang, Y. Wang, Z. Xiang, J. Zhou, and X. Zhang, “Measurement method of stay cable force based on measured cable shape using laser scanning,” China Journal of Highway and Transport, vol. 34, no. 12, pp. 91–103, 2021, doi: 10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.12.008.
[17] Y. Zhou, Z. Xiang, X. Zhang, Y. Wang, D. Han, and C. Ying, “Mechanical state inversion method for structural performance evaluation of existing suspension bridges using 3D laser scanning,” Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, vol. 37, no. 5, pp. 650–665, 2021, doi: 10.1111/mice.12765.
[18] T. Srimontriphakdi, P. Mahasuwanchai, C. Athisakul, S. Leelataviwat, K. Klaycham, N. Poovarodom, N. Magteppong, and S. Chucheepsakul, “A non-contact approach for cable tension evaluation based on 3D laser scanning data and nonlinear finite element analysis,” Measurement, vol. 212, 2023, Art. no. 112680, doi: 10.1016/j.measu rement.2023.112680.
[19] FARO Technologies, Inc. (2015). FARO laser scanner focus3D X330 manual. Lake Mary, FL. [Online]. Available: https://knowledge. faro.com/Hardware/Focus/Focus/User_Manuals_and_Quick_Start_Guides_for_the_Focus_Laser_Scanner.
[20] FARO Technologies, Inc. (2023). FARO SCENE 2023.1 user manual. Lake Mary, FL. [Online]. Available: https://knowledge.far o.com/Software/FARO_SCENE/SCENE/User_Manual_for_SCENE?mt-learningpath=sc ene_downloads.
[21] H. M. Irvine, Cable structures, The MIT Press, London, pp. 1-43, 1981.
[22] H. C. Jo, S. H. Kim, J. Lee, H.-G. Sohn, and Y. M. Lim, “Sag-based cable tension force evaluation of cable-stayed bridges using multiple digital images,” Measurement, vol. 186, Art. no. 110053, 2021, doi: 10.1016/j.measurement.2021.110053.
[23] C. Rinaldi, M. Lepidi, F. Potenza, and V. Gattulli, “Identification of cable tension through physical models and non-contact measurements,” Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 205, Art. no. 110867, 2023, doi: 10.1016/j.ymssp.2023.110867.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2026.10.004
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all