Ali Zar;Zahoor Hussain;Muhammad Akbar;Bassam A. Tayeh;Zhibin Lin
Smart Structures and Systems
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v.32
no.5
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pp.319-338
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2023
The study presents a new hybrid data-driven method by combining radial basis functions neural networks (RBF-NN) with the Jaya algorithm (JA) to provide effective structural health monitoring of arch dams. The novelty of this approach lies in that only one user-defined parameter is required and thus can increase its effectiveness and efficiency, as compared to other machine learning techniques that often require processing a large amount of training and testing model parameters and hyper-parameters, with high time-consuming. This approach seeks rapid damage detection in arch dams under dynamic conditions, to prevent potential disasters, by utilizing the RBF-NNN to seamlessly integrate the dynamic elastic modulus (DEM) and modal parameters (such as natural frequency and mode shape) as damage indicators. To determine the dynamic characteristics of the arch dam, the JA sequentially optimizes an objective function rooted in vibration-based data sets. Two case studies of hyperbolic concrete arch dams were carefully designed using finite element simulation to demonstrate the effectiveness of the RBF-NN model, in conjunction with the Jaya algorithm. The testing results demonstrated that the proposed methods could exhibit significant computational time-savings, while effectively detecting damage in arch dam structures with complex nonlinearities. Furthermore, despite training data contaminated with a high level of noise, the RBF-NN and JA fusion remained the robustness, with high accuracy.
Kim, Hyun-Su;Kim, Yukyung;Lee, So Yeon;Jang, Jun Su
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.3
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pp.43-51
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2024
Dynamic responses of nuclear power plant structure subjected to earthquake loads should be carefully investigated for safety. Because nuclear power plant structure are usually constructed by material of reinforced concrete, the aging deterioration of R.C. have no small effect on structural behavior of nuclear power plant structure. Therefore, aging deterioration of R.C. nuclear power plant structure should be considered for exact prediction of seismic responses of the structure. In this study, a machine learning model for seismic response prediction of nuclear power plant structure was developed by considering aging deterioration. The OPR-1000 was selected as an example structure for numerical simulation. The OPR-1000 was originally designated as the Korean Standard Nuclear Power Plant (KSNP), and was re-designated as the OPR-1000 in 2005 for foreign sales. 500 artificial ground motions were generated based on site characteristics of Korea. Elastic modulus, damping ratio, poisson's ratio and density were selected to consider material property variation due to aging deterioration. Six machine learning algorithms such as, Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbor (KNN), Artificial Neural Networks (ANN), eXtreme Gradient Boosting (XGBoost), were used t o construct seispic response prediction model. 13 intensity measures and 4 material properties were used input parameters of the training database. Performance evaluation was performed using metrics like root mean square error, mean square error, mean absolute error, and coefficient of determination. The optimization of hyperparameters was achieved through k-fold cross-validation and grid search techniques. The analysis results show that neural networks present good prediction performance considering aging deterioration.
Steel Plate for Rebar Connection was recently developed to splice rebars in delayed slab-wall joints in high-rise building, slurry wall-slab joints, temporary openings, etc. It consists of several couplers and a thin steel plate with shear key. Cyclic loading tests on slab-wall joints were conducted to verify structural behavior of the joints having Steel Plate for Rebar Connection. For comparison, joints with Rebend Connection and without splices were also tested. The joints with Steel Plate for Rebar Connection showed typical flexural behavior in the sequence of tension re-bar yielding, sufficient flexural deformation, crushing of compression concrete, and compression rebar buckling. However, the joints with Rebend Connection had more bond cracks in slabs faces and spalling in side cover-concrete, even though elastic behavior of the joints was similar to that of the joints with Steel Plate for Re-bar Connection. Consequently, the joints with Rebend Connection had less strengths and deformation capacities than the joints with Steel Plate for Re-bar Connection. In addition, stiffness of the joints with Rebend Connection degraded more rapidly than the other joints as cyclic loads were applied. This may be caused by low elastic modulus of re-straightened rebars and restraightening of kinked bar. For two types of diameters (13mm and 16mm) and two types of grades (SD300 and SD400) of rebars, the joints with Steel Plate for Rebar Connection had higher strength than nominal strength calculated from actual material properties. On the contrary, strengths of the joints with Rebend Connection decreased as bar diameter increased and as grade becames higher. Therefore, Rebend Connection should be used with caution in design and construction.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.4
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pp.419-434
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2020
In this study, the damage parameters of Mazars model for KURT (KAERI Underground Research Tunnel) granite are measured form uniaxial compressive and Brazilian tests under the simulated coupled condition of a deep geological disposal. The tests are conducted in three different temperatures (15℃, 45℃, and 75℃) and dry/saturated conditions. Major model parameters such as maximum effective tensile strain (𝜖d0), At, Bt, Ac, and Bc differ from the typical reference values of concrete specimens. This is likely due to the difference in elastic modulus between rock and concrete. It is found that the saturation of specimens causes an increase in value of Bt and Bc while, the rise in temperature increases 𝜖d0 and Bt and decreases Bc. The damage model obtained from this study will be used as the primary input parameters in the development of coupled Thermo-Hydro-Mechanical Damage numerical model in KAERI.
To increase the structural integrity of concrete box culvert good compaction by the dynamic compaction roller with bi9 capacity is as effective as good backfill materials. It is needed for effective compaction that a compaction roller closes to concrete structure with high frequency. However structural distress of the culvert could be occur due to the excessive earth pressure by great dynamic compaction load. To investigate the characteristics of Induced stress by compaction, a box culvert was constructed with changing cushion materials and compaction methods. Two types of cushion material such as tire rubber chip and EPS(Expanded Polystyrene) were used as cushion panels and they are set on the culverts before backfill construction. Laboratory test result of cushion material says that the value of dynamic elastic modulus of rubber is lesser than that of EPS. On the other hand, material damping of rubber material is greater than that of EPS. In most case, dynamic compaction rollers with 10.5 ton weights were used and vibration frequency was applied 30Hz for the great compaction energy. This paper presents the main results on the characteristics of dynamic earth pressures during compaction. The amounts of induced dynamic pressures$(\Delta\sigma\;h)$ by compaction are affected with construction condition such as compaction frequency, depth of pressure cell, distance between roller and the wall of culvert and roller direction. Based on the measured values dynamic lateral pressure on the culverts, it could be said that orthogonal direction of roller to the length of culvert is more effective to compaction efficiency than parallel direction.
Kim, Sun-Woo;Cha, Jun-Ho;Kim, Yun-Yong;Yun, Hyun-Do
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.5
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pp.727-736
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2010
This paper describes results of an preliminary study to produce strain hardening cement-based composites (SHCCs)with consideration of sustainability for infrastructure applications. The aims of this study are to evaluate the influence of recycled materials on the mechanical characteristics of SHCCs, such as compressive, four-point bending, and direct tensile behaviors, and to give basic data for constitutive model for analyzing and designing infra structures with SHCCs. In this study, silica sand, cement, and PVA fibers, were partially replaced with recycled sand, fly-ash, and FET fibers in the mixture of SHCCs, respectively. Test results indicated that fly-ash could improve both bending and direct tensile performance of SHCCs due to increasing chemical bond strength at the interface between PVA fibers and cement matrices. However, SHCCs replaced with PET fibers showed much lower performance in bending and direct tensile tests due to originally low mechanical properties of own fibers, although compressive behavior is similar to PVA2.0 specimen. Also, it was noted that the recycled sand would increase elastic modulus of SHCCs due to larger grain size compared to silica sand. Based on pre-set target value to maintain the performance of SHCCs, it was concluded that the replacement ratio below 20% of fly-ash or below 50% of recycled sands would be desirable for creating sustainable SHCCs.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.4
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pp.409-415
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2015
For the design of Concrete-Filled Steel Tube(CFST) columns, the outside diameter D to the steel tube thickness t ratio(D/t ratio) is limited to prevent the local buckling of steel tubes. Each design code proposes the respective model to compute the maximum D/t ratio using the yield strength of steel $f_y$ or $f_y$ and the elastic modulus of steel E. Considering the uncertainty in $f_y$ and E, the reliability index ${beta}$ for the local buckling of a CFST section can be calculated by formulating the limit state function including the maximum D/t models. The resulted ${beta}$ depends on the maximum D/t model used for the reliability analysis. This variability in reliability analysis is due to ambiguity in choosing computational models and it is called as "modelling uncertainty." This uncertainty can be considered as "non-specificity" of an epistemic uncertainty and modelled by constructing possibility distribution functions. In this study, three different computation models for the maximum D/t ratio are used to conduct reliability analyses for the local buckling of a CFST section and the reliability index ${beta}$ will be computed respectively. The "non-specific ${beta}s$" will be modelled by possibility distribution function and a metric, degree of confirmation, is measured from the possibility distribution function. It is shown that the degree of confirmation increases when ${beta}$ decreases. Conclusively, a new set of reliability indices associated with a degree of confirmation is determined and it is allowed to decide reliability index for the local buckling of a CFST section with an acceptable confirmation level.
You Young-Chan;Park Ji-Sun;You Young-Jun;Park Young-Hwan;Kim Keung-Hwan
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.6
s.90
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pp.947-953
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2005
Previous test results showed that the current ASTM(American Standard for Testing and Materials) grip adapter for GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) rebar was not fully successful in developing the design tensile strength of GFRP rebars with reasonable accuracy. It is because the current ASTM grip adapter which is composed of a pair of rectangular metal blocks of which inner faces are grooved along the longitudinal direction does not take into account the various geometric characteristics of GFRP rebar such as surface treatment, shape of bar cross section as well as physical characteristics such as poisson effect, elastic modulus in the transverse direction and so on. The objective of this paper is to provide how to proportion the optimum diameter of inner groove in ASTM grip adapter to develop design tensile strength of GFRP rebar. The proportioning of inner groove in ASTM grip adapter is based on the force equilibrium of GFRP rebar between tensile capacity and minimum frictional resistance required along the grip adapter. The frictional resistance of grip adapter is calculated based on the compressive strain compatibility in radial direction induced by the difference between diameter of GFRP rebar and inner groove In ASTM grip. All testing procedures were made according to the CSA S806-02 recommendations. From the preliminary test results on round-type GFRP rebars, it was found that maximum tensile loads acquired under the same testing conditions is highly affected by the diameter of inner groove in ASTM grip adapter. The grip adapter with specific dimension proportioned by proposed method recorded the highest tensile strength among them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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