Installation of sensors networks for continuous in-service monitoring of structures and their efficiency conditions is a current research trend of paramount interest. On-line monitoring systems could be strategically useful for road infrastructures, which are expected to perform efficiently and be self-diagnostic, also in emergency scenarios. This work researches damage detection in composite concrete-steel structures that are typical for highway overpasses and bridges. The techniques herein proposed assume that typical damage in the deck occurs in form of delamination and cracking, and that it affects the peak power spectral density of dynamic curvature. The investigation is performed by combining results of measurements collected by long-gauge fiber optic strain sensors installed on monitored structure and a statistic approach. A finite element model has been also prepared and validated for deepening peculiar aspects of the investigation and the availability of the method. The proposed method for real time applications is able to detect a documented unusual behavior (e.g., damage or deterioration) through long-gauge fiber optic strain sensors measurements and a probabilistic study of the dynamic curvature power spectral density.
For the design of shear connection for the composite precast concrete slabs. it is necessary to investigate its strength, stiffness, slip capacity and fatigue endurance. For theme purposes, push-out tests were performed with variations of the stud shank diameter and the compressive strength of the mortar. From the experimental studies, it could be observed that the deformation of the shear studs in a full-depth precast concrete slabs were greater than those in a cast-in-place slabs. The static strength of the shear connections obtained agree approximately with those evaluated from the tensile strength of the stud shear connectors owing to the effect of the bedding layer between the slabs and the beams. An empirical equation for the initial shear stiffness of a shear connection was also proposed. On the basis of the push-out tests, a full-scale composite beams with 8.0m span was designed and fatigue tests were carried out to study the behaviour of the stud shear connection and its effects on the flexural behaviour of the beam. The bonding arid friction between the concrete slab and the steel beam considerably increased the fatigue endurance of the shear connection.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.1
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pp.119-132
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2015
Electrical resistivity is an important physical property of portland cement concrete which is directly related to chloride induced corrosion process. This study examined the electrical surface resistivity (SR) and bulk electrical resistivity (BR) of concrete cylinders for various binary and ternary based high-performance concrete (HPC) mixtures from 7 to 161 days. Two different types of instruments were utilized for this investigation and they were 4 point Wenner probe meter for SR and Merlin conductivity tester for bulk resistivity measurements. Chronological development of electrical resistivity as well as correlation between two types of resistivity on several days was established for all concrete mixtures. The ratio of experimental surface resistance to bulk resistance and corresponding resistivity was computed and compared with theoretical values. Results depicted that bulk and SR are well correlated for different groups of HPC mixtures and these mixtures have attained higher range of electrical resistivity for both types of measurements. In addition, this study presents distribution of surface and bulk resistivity in different permeability classes as proposed by Florida Department of Transportation (FDOT) specification from 7 to 161 days. Furthermore, electrical resistivity data for several HPC mixtures and testing procedure provide multiple promising options for long lasting bridge decks against chloride induced corrosion due to its ease of implementation, repeatability, non-destructive nature, and low cost.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.2
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pp.159-167
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2003
Cracks in reinforced concrete structures reduce overall durability by allowing the penetration of water and aggressive agents, thereby accelerating the deterioration of the reinforcing steel. Highway pavement and bridge decks are especially susceptible to this type of deterioration since these structures exhibit high rates of shrinkage and are frequently exposed to aggressive environmental conditions. The objectives of this investigation included the development of experimental procedures for assessing shrinkage cracking potential of recycled aggregate concrete, the evaluation of mix composition on shrinkage cracking potential, and the development of theoretical models to simulate early-age cracking behavior. Specifically, the influences of shrinkage-reducing admixture(SRA) and recycled aggregate concrete were investigated. The shrinkage-reducing admixture substantially reduces free shrinkage and restrains shrinkage cracking while providing similar mechanical properties. A fracture mechanics modeling approach was developed to predict the behavior of a variety of restrained concrete specimens. This modeling approach was used to successfully explain experimental results from a variety of mixture compositions. The model was used to demonstrate the influence of material and structural properties on the potential for cracking.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.5
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pp.2396-2402
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2012
In recent years, the use of hybrid fiber reinforced polymer(FRP)-concrete members with a dual purpose of both formwork and reinforcement, has been considered in some structures and has been applied in a small number of bridge decks. Numerical simulations of the beam failure tests were performed using nonlinear finite element program and a parametric study was performed with variables of perfobond shape. The ultimate strength was increased with perfobond shape because of dowel action. It was showed a good performance in case of approximately perforate diameter 25~35mm in this case.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.262-271
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1998
Recent, more and more steel deck bridges are adopted for the design of long span bridges and the upgrading of existing concrete deck bridges, mainly because of reduced self weight, higher stiffness and efficient erection compared to concrete decks. The main objective of this study is to propose on formulation of the design optimizations to develop an optimal desist program required for optimum desist for orthotropic steel-deck bridges. The objective function of the optimization is formulated as a minimum initial cost design problem. The behavior and design constraints are formulated based on the ASD and LRFD criteria of the Korean Bridge Design Code(1996). The optimum design program developed in this study consists of two steps. In the first step the system optimization of the steel box girder bridges is carried out. And in the second step the program provided the optimum design of the orthotropic steel-deck with close ribs. In the optimal design program the analysis module for the deck optimization is based on the Pelican Esslinger method. The optimizer module of the program utilizes the ADS(Automated Desist Synthesis) routines using the optimization techniques fuor constrained optimization. From the results of real application examples, The cost effectiveness of optimum orthotropic steel-deck bridges designs based on both ASD and LRFD methods is investigated by comparing the results with those of conventional designs, and it may be concluded that the design developed in this study seems efficient and robust for the optimization of orthotropic steel-deck bridges
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.479-482
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2005
The concrete box girder members are extensively used as a superstructure in bridge construction. The load carrying capacity of concrete box girders in lateral direction is generally influenced by the sizes of haunch and web. The internal upper decks are restrained by the webs and exhibit strength enhancement due to the development of aching action. The current codes do not have generally consider the arching action of deck slab in the design because of complexity of the behavior. However, there are significant benefits in utilizing the effects of arching action in the design of concrete members. The main objective of this paper is to propose a rational method to predict the ultimate load of deck slab by considering various haunch sizes and web restraint effect of concrete box girder bridges. To this end, a comprehensive experimental program has been set up and seven large-scale concrete box girders have been tested. A transverse analysis model of concrete box girders with haunches is proposed and compared with test data. The results of present study indicate that the ultimate strength is significantly affected by haunch dimension. The increase of strength due to concrete arcing action is reduced with an increase of prestressing steel ratio in laterally prestressed concrete box girders and increases with a larger haunch dimension. The proposed theory allows more realistic prediction of lateral ultimate strength for rational design of actual concrete box girder bridges.
The concrete plates are most widely used structural elements in the hulls of floating concrete structures such as concrete barges and pontoons, bridge decks, basement floors and liquid storage tanks. The study on the behavior of high-strength fiber reinforced concrete (HSFRC) plates was carried out to evaluate the performance of plates under in-plane and transverse loads. The plates were tested in simply supported along all the four edges and subjected to in-plane and traverse loads. In this experimental program, twenty four 150 mm diameter cylinders and twelve plate elements of size $600{\times}600{\times}30$ mm were prepared and tested. Water-to-cementitious materials ratios of 0.3 and 0.4 with 10% and 15% silica fume replacements were used in the concrete mixes. The fiber volume fractions, $V_f$ = 0%, 1% and 1.5% with an aspect ratio of 80 were used in this study. The HSFRC mixes had the concrete compressive strengths in the range of 52.5 to 70 MPa, flexural strengths ranging from 6.21 to 11.08 MPa and static modulus of elasticity ranging from 29.68 to 36.79 GPa. In this study, the behavior of HSFRC plate elements subjected to combined uniaxial in-plane and transverse loads was investigated.
A GFRP-concrete composite bridge deck is presented in this paper. This composite deck is composed of concrete and a GFRP plate and is connected by GFRP perfobond (PBL) shear connectors with penetrating GFRP rebar. There are many outstanding advantages in mechanical behavior, corrosion resistance and durability of this composite deck over conventional reinforced concrete decks. To analyze the shear and flexural performance of this GFRP-concrete composite deck, a static loading experiment was carried out on seven specimens. The failure modes, strain development and ultimate bearing capacity were thoroughly examined. Based on elastic theory and strain-based theory, calculation methods for shear and flexural capacity were put forward and revised. The comparison of tested and theoretical capacity results showed that the proposed methods could effectively predict both the flexural and shear capacity of this composite deck. The ACI 440 methods were relatively conservative in predicting flexural capacity and excessively conservative in predicting shear capacity of this composite deck. The analysis of mechanical behavior and the design method can be used for the design of this composite deck and provides a significant foundation for further research.
Ta, Quoc-Bao;Dang, Ngoc-Loi;Kim, Yoon-Chul;Kam, Hyeon-Dong;Kim, Jeong-Tae
Smart Structures and Systems
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v.30
no.1
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pp.17-34
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2022
For steel structures, fatigue cracks are critical damage induced by long-term cycle loading and distortion effects. Vision-based crack detection can be a solution to ensure structural integrity and performance by continuous monitoring and non-destructive assessment. A critical issue is to distinguish cracks from other features in captured images which possibly consist of complex backgrounds such as handwritings and marks, which were made to record crack patterns and lengths during periodic visual inspections. This study presents a parametric study on image-based crack identification for orthotropic steel bridge decks using captured images with complicated backgrounds. Firstly, a framework for vision-based crack segmentation using the atrous convolution-based Deeplapv3+ network (ACDN) is designed. Secondly, features on crack images are labeled to build three databanks by consideration of objects in the backgrounds. Thirdly, evaluation metrics computed from the trained ACDN models are utilized to evaluate the effects of obstacles on crack detection results. Finally, various training parameters, including image sizes, hyper-parameters, and the number of training images, are optimized for the ACDN model of crack detection. The result demonstrated that fatigue cracks could be identified by the trained ACDN models, and the accuracy of the crack-detection result was improved by optimizing the training parameters. It enables the applicability of the vision-based technique for early detecting tiny fatigue cracks in steel structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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