This paper presents an efficient method for updating the structural finite element model. Model updating is performed through minimizing the difference between the recorded acceleration of a real damaged structure and a hypothetical damaged one. This is performed by updating physical parameters (module of elasticity in this study) in each step using iterative process of modified nonlinear conjugate gradient (M-NCG) and modified Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno algorithm (M-BFGS) separately. These algorithms are based on sensitivity analysis and provide a solution for nonlinear damage detection problem. Three illustrative test examples are considered to assess the performance of the proposed method. Finally, it is demonstrated that the proposed method is satisfactory for detecting the location and ratio of structural damage in presence of noise.
Sen, Debarshi;Nagarajaiah, Satish;Gopalakrishnan, S.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.4
no.4
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pp.381-396
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2017
Structural health monitoring (SHM) is a necessity for reliable and efficient functioning of engineering systems. Damage detection (DD) is a crucial component of any SHM system. Lamb waves are a popular means to DD owing to their sensitivity to small damages over a substantial length. This typically involves an active sensing paradigm in a pitch-catch setting, that involves two piezo-sensors, a transmitter and a receiver. In this paper, we propose a data-intensive DD approach for beam structures using high frequency signals acquired from beams in a pitch-catch setting. The key idea is to develop a statistical learning-based approach, that harnesses the inherent sparsity in the problem. The proposed approach performs damage detection, localization in beams. In addition, quantification is possible too with prior calibration. We demonstrate numerically that the proposed approach achieves 100% accuracy in detection and localization even with a signal to noise ratio of 25 dB.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.4
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pp.247-256
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2004
The damage curves for the 2-story shear building to the impulsive rectangular loads were established with the peak load and Impulse ratio producing the critical displacement. The convolution integrations with the Impulse response matrix and the loads were used to find the responses of the building. The impulse response matrix required in the calculations of the convolution integration were found with the mode superposition method It is shown from the established damage curves that the responses of the top and bottom floor are sensitive to the magnitude and the impulse of the loads respectively.
A numerical study is carried out to assess the dynamic response and damage level of one- and two-way reinforced concrete (RC) panels subjected to explosive loads by using finite element LS-DYNA software. The precision of the numerical models is validated with the previous experimental test. The calibrated models are used to conduct a series of parametric studies to evaluate the effects of panel wall dimensions, concrete strength, and steel reinforcement ratio on the blast-resistant capacity of the panel under various magnitudes of blast load. The results are used to develop pressure-impulse (P-I) diagrams corresponding to the damage levels defined according to UFC-3-340-02 manual. Empirical equations are proposed to easily construct the P-I diagrams of RC panels that can be efficiently used to assess its safety level against blast loads.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1997.04a
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pp.430-435
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1997
This paper represents the investigation of the shear fatigue behavior and damage procedure of reinforced concrete beams subject to repeated loading using the strut-tie model. Damage Index is defined as the ratio of deflection at each cycle to the ultimate deflection of inelastic region. Two types of strut-tie model are designed according to the inclined angles of concrete-struts and the consideration of concrete-ties. In one model, aggregate interlock and resistance of uncracked concrete are regarded as the main sheat resisting mechanism and in the other, stirrup is. The results show that the strut-tie model combined with damage index can describe the shear fatigue behavior of RC beams subject to repeated loading effectively.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.647-650
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2004
This paper deals with the damage assessment of the concrete beam using Damage-area concept and the modulus of elasticity reduction of the beam was evaluated. Simply supported concrete beams were loaded at the mid-span. When the displacements from the tests were increased more than $10\%$ of the initial values, flexural cracks occured. Judging from the observed cracks, damaged area of the beams were assumed and the modulus of elasticity reduction using the smeared-cracking concept was estimated to minimize the error between the test results and analytical results. Main parameters for the assessment were height of the crack area, length of the crack area, position of the crack area and the modulus of elastic reduction ratio. In each stage, damaged elements and their stiffness reduction were estimated to minimized the error.
Offshore structures are exposed to low- and high-frequency responses due to environmental loads, and fatigue damage models are used to calculate the fatigue damage from these. In this study, we tried to optimize the main parameters used in fatigue damage calculation to derive a new fatigue damage model. A total of 162 bi-modal spectra using the elliptic equation were defined to describe the response of offshore structures. To calculate the fatigue damage from the spectra, time series were generated from the spectra using the inverse Fourier transform, and the rain-flow counting method was applied. The considered optimization variables were the size of the frequency increments, ratio of the time increment, and number of repetitions of the time series. In order to obtain optimized values, the fatigue damage was calculated using the parameter values proposed in previous work, and the fatigue damage was calculated by increasing or decreasing the proposed values. The results were compared, and the error rate was checked. Based on the test results, new values were found for the size of the frequency increment and number of time series iterations. As a validation, the fatigue damage of an actual tension spectrum found using the new proposed values and fatigue damage found using the previously proposed method were compared. In conclusion, we propose a new optimized calculation process that is faster and more accurate than the existed method.
Population concentration in urban areas has led traffic management a central issue. To mitigate traffic congestions, the government has planned to construct large-cross-section tunnels deep underground. This study focuses on estimating the damage caused to frame structures owing to tunnel excavation. When constructing a tunnel network deep underground, it is necessary to divide the main tunnel and connect the divergence tunnel to the ground surface. Ground settlement is caused by excavation of the adjacent divergence tunnel. Therefore, predicting ground settlement using diverse variables is necessary before performing damage estimation. We used the volume loss and cover-tunnel diameter ratio as the variables in this study. Applying the ground settlement values to the settlement induction device, we measured the extent of damage to frame structures due to displacement at specific points. The vertical and horizontal displacements that occur at these points were measured using preattached LVDT (Linear variable differential transformer), and the lateral strain and angular distortion were calculated using these displacements. The lateral strain and angular distortion are key parameters for structural damage estimation. A damage assessment chart comprises the "Negligible", "Very Slight Damage", "Slight Damage", "Moderate to Severe Damage", and "Severe to Very Severe Damage" categories was developed. This table was applied to steel frame and concrete frame structures for comparison.
Jongchan Yoon;Suwon Son;Junhyeok Park;Junseong Moon;Jinman Kim
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.24
no.7
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pp.5-14
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2023
Recently, earthquakes have occurred frequently in worldwide. These earthquakes cause various forms of natural and physical damage. In particular, liquefaction in which the ground shows liquid-like behavior causes great damage to the structure. Accordingly, various liquefaction damage reduction methods are being studied and developed. Therefore, in this study, a method of reducing liquefaction damage in the event of an earthquake applicable to existing structures was studied using the sheet pile method. The 1-G Shaking table test was performed and the ground was constructed with Jumunjin standard sand. A two-story model structure was produced by applying the similitude law, and the input wave applied a sine wave with an acceleration level of 0.6 g and a frequency of 10 Hz. The effect of reducing structure damage according to various embedded depth ratio was analyzed. As a result of the study, the structure settlement when the ground is reinforced by applying the sheet pile method is decreased by about 71% compared to when the ground is not reinforced, and the EDR with minimum settlement is "1". In addition, as the embedded depth ratio is increased, the calculation of the pore water pressure in the ground tends to be delayed due to the sheet pile. Based on these results, the relationship with structural settlement according to the embedded depth ratio is proposed as a relational equation with the graph. The results of this study are expected to be used as basic data in developing sheet pile methods applicable to existing structures in the future.
Damage characteristics of granite, marble and sandstone whose properties were different were investigated by uniaxial compression test and cyclic loading-unloading test. Strength, elastic constants and damage threshold stresses were measured by uniaxial compression test and were compared with those measured by cyclic loading-unloading test. Average rock strengths measured by cyclic loading-unloading test were either lower than or similar with those measured by uniaxial compression test. Rocks with high strength and low porosity were more sensitive to fatigue than that with low strength and high porosity. Although permanent strains caused by cyclic loading-unloading were different according to rock types, they could be good indicators representing damage characteristics of rock. Damage threshold stress of granite and marble might be measured from stress-permanent strain curves. Acoustic emissions were measured during both tests and felicity ratios which represented damage characteristics of rocks were calculated. Felicity ratio of sandstone which was weak in strength and highly porous could not be calculated because of very few measurements of acoustic emissions. On the other hand, damage threshold could be predicted from felicity ratios of granite and marble which were brittle and low in porosity. The deformation behaviors and damage characteristics of rock mass could be investigated if additional tests for various rock types were performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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