Maglev rail joints are vital components serving as connections between the adjacent F-type rail sections in maglev guideway. Damage to maglev rail joints such as bolt looseness may result in rough suspension gap fluctuation, failure of suspension control, and even sudden clash between the electromagnets and F-type rail. The condition monitoring of maglev rail joints is therefore highly desirable to maintain safe operation of maglev. In this connection, an online damage detection approach based on three-dimensional (3D) convolutional neural network (CNN) and time-frequency characterization is developed for simultaneous detection of multiple damage of maglev rail joints in this paper. The training and testing data used for condition evaluation of maglev rail joints consist of two months of acceleration recordings, which were acquired in-situ from different rail joints by an integrated online monitoring system during a maglev train running on a test line. Short-time Fourier transform (STFT) method is applied to transform the raw monitoring data into time-frequency spectrograms (TFS). Three CNN architectures, i.e., small-sized CNN (S-CNN), middle-sized CNN (M-CNN), and large-sized CNN (L-CNN), are configured for trial calculation and the M-CNN model with excellent prediction accuracy and high computational efficiency is finally optioned for multiple damage detection of maglev rail joints. Results show that the rail joints in three different conditions (bolt-looseness-caused rail step, misalignment-caused lateral dislocation, and normal condition) are successfully identified by the proposed approach, even when using data collected from rail joints from which no data were used in the CNN training. The capability of the proposed method is further examined by using the data collected after the loosed bolts have been replaced. In addition, by comparison with the results of CNN using frequency spectrum and traditional neural network using TFS, the proposed TFS-CNN framework is proven more accurate and robust for multiple damage detection of maglev rail joints.
This paper presents a finite element (FE) model for predicting the behaviour of steel column-column connections under axial compression and tension. A robustness approach is utilised for the design of steel column-column connections. The FE models take into account for the effects of initial geometric imperfections, material nonlinearities and geometric nonlinearities. The accuracy of the FE models is examined by comparing the predicted results with independent experimental results. It is demonstrated that the FE models accurately predict the ultimate axial strengths and load-deflection curves for steel column-column connections. A parametric study is carried out to investigate the effects of slenderness ratio, contact surface imperfection, thickness of cover-plates, end-plate thickness and bolt position. The buckling strengths of steel column-column connections with contact surface imperfections are compared with design strengths obtained from Australian Standards AS4100 (1998) and Eurocode 3 (2005). It is found that the column connections with maximum allowable imperfections satisfy the design requirements. Furthermore, the steel column-column connections analysed in this paper can be dismantled and reused safely under typical service loads which are usually less than 40% of ultimate axial strengths. The results indicate that steel column-column connections can be demounted at 50% of the ultimate axial load which is greater than typical service load.
Yu, Hong;Zhu, Hong P.;Weng, Shun;Gao, Fei;Luo, Hui;Ai, De M.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.5
no.2
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pp.231-242
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2018
Subway tunnel structure has been rapidly developed in many cities for its strong transport capacity. The model-based damage detection of subway tunnel structure is usually difficult due to the complex modeling of soil-structure interaction, the indetermination of boundary and so on. This paper proposes a new data-based method for the damage detection of subway tunnel structure. The root mean square acceleration and cross correlation function are used to derive a statistical pattern recognition algorithm for damage detection. A damage sensitive feature is proposed based on the root mean square deviations of the cross correlation functions. X-bar control charts are utilized to monitor the variation of the damage sensitive features before and after damage. The proposed algorithm is validated by the experiment of a full-scale two-rings subway tunnel lining, and damages are simulated by loosening the connection bolts of the rings. The results verify that root mean square deviation is sensitive to bolt loosening in the tunnel lining and X-bar control charts are feasible to be used in damage detection. The proposed data-based damage detection method is applicable to the online structural health monitoring system of subway tunnel lining.
In this study, the current regulations to be adequate in industrial site have to be renew in order to prevent the fatal injuries by mobile cranes. Fatal injury analyses were conducted with several accident cases by the mobile cranes. For each accident, the causes of the injuries were examined and proper safety measures were proposed. This study proposed a revision of the standard guideline as an accident prevention measures through in-depth analysis of fatal accidents. First, fatality rate per 10,000 persons by the mobiles cranes was 0.57 in 2011. Second, the in-depth analysis of the mobile crane accidents showed that the main factors of the accidents were the overturn of mobile crane, the fracture of connection part between mobile crane boom and rope, the breaking of rope and the misunderstanding over the signal between a mobile crane driver and workers around a mobile crane. Third, the order of high defection of connecting parts was bucket bolt, bracket and extension parts. Fourth, since there were several cases of overturn of mobile crane by itself in the in-depth analysis of the mobile crane, the over slop-proof device was proposed as the main alternative in this study. Fifth, the revision of standards of safety factor that shall be more than 10, of connecting parts of mobile crane was proposed.
Kim, Cheol Hwan;Lee, Myung Jae;Kim, Hee Dong;Kim, Sa Bin
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.28
no.6
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pp.427-438
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2016
This study is experimental research for the effect of gap at the end plate on the performance of extended end-plate type splice. For this research, simple beam type specimens by using extended end-plate type splice are planned. Main variables are the initial gap between end-plates, the installation of finger shim plate before the installation of high tension bolts, the final gap between end-plates, and the installation of finger shim plate after the installation of high tension bolts. The static loading tests results show that the maximum bending strength of splice is not dependent on the gap, but the vertical displacement, initial stiffness and elastic stiffness are affected by the gap. In addition to that, the possibility of brittle fracture is increased when the torque of high tension bolt is used to control the gap. Thus, careful consideration is needed in this case.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.5
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pp.40-48
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2013
Eco deck plate system is a construction method that deconstruction of galvanized steel sheets is possible by integrating steel-wire-integrated girders and the galvanized steel sheets with bolts. Therefore, compared with previous steel-wire-integrated deck plates which were joined by welding, the system is acknowledged as the construction method possible management and repair. This study conducted an experimental research by manufacturing total 24 full size specimens in a same condition for 12-shape specimens by two parts to evaluate structural behaviors of the eco deck plates. In the results after the test, permissible deflection for the construction load action was shown to be values under design values and satisfactory. The processing of lattice steel wires was presented to be structurally advantageous in being manufactured by cutting downward. Also, in case of a specimen that D13 as a steel wire was used, destruction occurred at the welding part of the bottom steel wire and the lattice steel wire, so improvement measures for the welding in factory manufacture are necessary.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.38-47
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2013
For the joint connection of the precast steel grid composite decks, the prefabricated joint which is composed of concrete shear key and high-tension bolts was already proposed. In this study, for the purpose of increasing the bending stiffness and bending strength of the proposed prefabricated joint section details of the proposed joint are modified, and through experimental tests the bending performance, such as stiffness and strength of a modified joint, is compared with those of the proposed joint. Test and analysis results show that the shear cracks in the concrete shear key are clearly reduced by the strengthening of the shear key using shear studs and additional rebars. According to analysis results of the moment-curvature relationship, bending stiffness of the modified joint is about 47% greater than the stiffness of the proposed joint. Furthermore, the modified joint has about 32% greater bending strength than the proposed joint. Compared to specimens without the joint the modified joint has same or slightly higher bending strength, but about 37% lower bending stiffness.
Qiang, Xuhong;Wu, Nianduo;Jiang, Xu;Luo, Yongfeng;Bijlaard, Frans
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1350-1362
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2018
Full-scale experimental study and numerical analysis on behaviors and failure mechanisms of full high strength steel extended endplate connections in fire have been carried out and presented in this paper. The experimental behaviors of the connections were compared with the provisions of Eurocode 3. The test results show that the failure modes of the connections in fire are bolt failure with yielding of the flange, as same as those at ambient temperature. The failures of the bolts in fire are ductile while they are brittle at ambient temperature. The rotation capacity of the connections in fire is proved sufficient. What is more, at elevated temperature $550^{\circ}C$, the plastic moment resistances of Q690 and Q960 full high strength steel endplate connections are only 40% of those at ambient temperature, while their initial rotation stiffness are 66 and 63% respectively. But the rotation capacities of Q690 and Q960 high strength steel endplate connections are 1.38 and 1.74 times of those at ambient temperature. Moreover, it is found that the component method Eurocode 3 proposed based on connections made of mild steels can be used to calculate plastic resistances and to predict failure modes of high strength steel endplate connections in fire, but it is not suitable to predict their stiffness. The suggestions about rotation capacity of connections in Eurocode 3 are found too conservative for high strength steel endplate connections in fire.
Seo-Hyun Yun;Byoung-Chul Choi;Ki-Hang Shin;Ki-Woo Nam
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.2_2
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pp.341-347
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2023
The subway is one of the most common and important means of transportation in modern society. In order to use the subway safely, tracks are necessary, but trains are prone to derailment and collisions. In order for the train to run safely on the track, the fishplate that connects the line connection is used. The damaged railway was a fishplate for connecting subway lines used for 11 years, and damage analysis and countermeasures were presented. Beach marks were observed on both fracture surfaces, and striations appeared at the range of crack propagation. The damaged part is Cr carbide, which has a higher hardness than the base metal, and is judged to be embrittled and destroyed by fatigue. The SM50C fishplate was subjected to a cyclic stress of about 59% of the upper limit of tensile-compression fatigue limit, but inclusions were the cause of failure. In order to prevent fatigue failure of the SM50C steel fishplate, the occurrence of inclusions should be minimized and processed to have a homogeneous structure when manufacturing the fishplate. In addition, compressive residual stress is given through surface modification such as peening to control crack generation. It is necessary to minimize the change in shape that can become a stress concentration part along with accurate fastening of the bolt, and to design the stress distribution to be as uniform as possible.
Hong, Won-Kee;Nguyen, Van Tien;Nguyen, Manh Cuong;Nkundimana, Eric
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.05a
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pp.12-13
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2021
Methods for the manufacture, erection, and assembly of heavy frame modules were proposed. Interferences among precast members were prevented by using bolted metal plates for dry precast beam-to-column joints during assembly with a clearance for tolerance implementing grouted concrete filler plates instead of metal filler plates. Clearances for tolerances were provided to avoid conflictions among components during erection phases. These gaps were, then, grouted by high-strength mortar. The constructability of new connections of a beam-to-column joint using bolted metal plates for precast structures was examined using a full-scale assembly test in which practical observations indicated that members could be aligned and placed accurately in both horizontal and vertical directions, leading to a fast and convenient assembling. Bolt holes of the endplate were properly aligned using couplers with 30 mm fastened length embedded in the columns. The assembly test demonstrated the erection safety and structural stability of the proposed joints that were without filler plates when they were subjected to heavy loads at the time of their erection. The facile and rapid assembly of precast beam-to-column connections with a 30 mm tolerance was observed. The proposed assembly method is rapid, sustainable, and resilient, replacing the conventional methods of concrete frame construction, offering a connection that can be used in constructing infrastructure, such as buildings and pipe-rack frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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