Cables are critical components of cable-stayed bridges. A structural health monitoring system provides real-time cable tension recording for cable health monitoring. However, the measurement data involve multiple sources of variability, i.e., varying environmental and operational factors, which increase the complexity of cable condition monitoring. In this study, a one-class classification method is developed for cable condition assessment using Bayesian factor analysis (FA). The single-peaked vehicle-induced cable tension is assumed to be relevant to vehicle positions and weights. The Bayesian FA is adopted to establish the correlation model between cable tensions and vehicles. Vehicle weights are assumed to be latent variables and the influences of different transverse positions are quantified by coefficient parameters. The Bayesian theorem is employed to estimate the parameters and variables automatically, and the damage index is defined on the basis of the well-trained model. The proposed method is applied to one cable-stayed bridge for cable damage detection. Significant deviations of the damage indices of Cable SJS11 were observed, indicating a damaged condition in 2011. This study develops a novel method to evaluate the health condition of individual cable using the FA in the Bayesian framework. Only vehicle-induced cable tensions are used and there is no need to monitor the vehicles. The entire process, including the data pre-processing, model training and damage index calculation of one cable, takes only 35 s, which is highly efficient.
Sangki Park;Jaehwan Kim;Dong-Woo Seo;Ki-Tae Park;Hyun-Ock Jang
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.3
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pp.17-26
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2023
Prestressed Concrete (PSC) girders are divided into pre- and post-tension types as prestressing method, and I- and U-type as cross-sectional shape. There are both advantages and disadvantages depending on each prestressing method and cross-sectional shape, and each method is applied to bridge construction sites. In this study, a new girder design was attempted to develop that overcomes its shortcomings by using the pretension method and U-type cross sectional shape. Its structural performance was verified in this study. Pretension type girders are mainly manufactured in factories because they require a reaction arm and related facilities, and have the disadvantage of being limited in weight and span length for road transportation. In addition, in the case of the U-type cross-section, structural stability is very reliable during construction against overturning, but its own weight is relatively large comparing to I-type, and the post-tension method is mainly applied after on-site production. In this study, a PSC girder manufacturing method using the field pretension was proposed and a span length of 40 m real-scale test specimen was manufactured and verified its structural performance.
Jun, Sung-Kwon;Yoon, Dong-Ho;Song, Jae-Joon;Kim, Se Hyung
Tunnel and Underground Space
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v.29
no.5
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pp.346-355
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2019
When evaluating pillar stability in very closely spaced tunnels, a local safety factor (strength/stress ratio) at the minimum width has been widely used. Tension bolts have been frequently applied as reinforcement for the cases where safety factors are less than 1.0 from FEM stress analysis. However, the local safety factor shows a constant value irrespective of the change in pillar width/tunnel diameter (PW/D) and the safety factor of the pillar is underestimated because the variation of deviation stress is relatively small even when the pre-stressing is applied to the tension bolt. In addition, the average safety factor proposed by Hoek and Brown(1980) was reviewed, but the pillar safety factor was relatively overestimated when the width of the pillar was increased. As an alternative, the SRM safety factor using shear strength reduction method shows the effect of changing the safety factor in the case of no reinforcement and tension bolt reinforcement as the pillar width/tunnel diameter(PW/D) changes. The failure shape is also similar to the previous limit theory result. In this study, the safety factor was evaluated without considering rock bolt and shotcrete to distinguish reinforcing effect of tension bolt.
Rock bolt is one of the most important supports for tunnelling to prevent excessive ground relaxation at the primary tunnel excavation stage. It forms a ground arch band by confining the ground around a tunnel. Rock bolt has various effects, such as support or hanging effect, internal pressure effect, arching effect, ground improvement effect etc. Most studies on rock bolt focused on the concept of support, but only a few researches on the ground reinforcing effect by pre-tensioning a rock bolts. In this study, large scale model tests are performed to investigate the ground reinforcing effect of rock bolts for regularly jointed rocks. Simple beam model was built to find out the reinforcing effect of jointed rocks, which was reinforced by pre-tensioned rock bolts. Settlement of model beam was analyzed through measuring its sagging for various installation intervals.
Main cable configurations under final dead load and in the unloaded state and critical construction parameters (e.g. unstrained cable length, unstrained hanger lengths, and pre-offsets for tower saddles and splay saddles) are the core considerations in the design and construction control of a suspension bridge. For the purpose of accurate calculations, it is necessary to take into account the effects of cable strands over the anchor spans, arc-shaped saddle top, and tower top pre-uplift. In this paper, a method for calculating the cable configuration under final dead load over a main span, two side spans, and two anchor spans, coordinates of tangent points, and unstrained cable length are firstly developed using conditions for mechanical equilibrium and geometric relationships. Hanger tensile forces and unstrained hanger lengths are calculated by iteratively solving the equations governing hanger tensile forces and the cable configuration, which gives careful consideration to the effect of hanger weight. Next, equations for calculating the cable configuration in the unloaded state and pre-offsets of saddles are derived from the cable configuration under final dead load and the conditions for unstrained cable length to be conserved. The equations for the main span, two side spans and two anchor spans are then solved simultaneously. In the proposed methods, coupled nonlinear equations are solved by turning them into an unconstrained optimization problem, making the procedure simplified. The feasibility and validity of the proposed methods are demonstrated through a numerical example.
This paper conducts a parametric study of a new tuned mass damper with pre-strained superelastic SMA helical springs (SMAS-TMD) on the vibration reduction effect. First, a force-displacement relation model of superelastic SMA helical spring is presented based on the multilinear constitutive model of SMA material, and the tension tests of the six SMA springs fabricated are implemented to validate the mechanical model. Then, a dynamic model of a single floor steel frame with the SMAS-TMD damper is set up to simulate the seismic responses of the frame, which are testified by the shaking table tests. The wire diameter, initial coil diameter, number of coils and pre-strain length of SMA springs are extracted to investigate their influences on the seismic response reduction of the frame. The numerical and experimental results show that, under different earthquakes, when the wire diameter, initial coil diameter and number of coils are set to the appropriate values so that the initial elastic stiffness of the SMA spring is between 0.37 and 0.58 times of classic TMD stiffness, the maximum reduction ratios of the proposed damper can reach 40% as the mass ratio is 2.34%. Meanwhile, when the pre-strain length of SMA spring is in a suitable range, the SMAS-TMD damper can also achieve very good vibration reduction performance. The vibration reduction performance of the SMAS-TMD damper is generally equal to or better than that of the classic optimal TMD, and the proposed damper effectively suppresses the detuning phenomena that often occurs in the classic TMD.
Seo, Hyung-Joon;Kim, Hyun-Rae;Han, Shin-In;Lee, In-Mo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.28
no.1
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pp.55-66
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2012
The load transfer mechanism of hybrid model of soil-nailing and compression anchor is studied in this paper. The hybrid model is composed of an anchor bar (installed at the tip) with two PC strands and a steel bar. It can make active behavior of skin friction by applying the pre-stress. In this paper, the load transfer mechanisms of soil-nailings, compression anchors, and hybrid models, respectively, are obtained from skin friction theory and load transfer theory. Field pullout tests are performed to identify the load transfer mechanism and experimental results are compared with analytical solution. In case of soil-nailings, the tension load is transferred from face to tip, however, in case of compression anchors, the compression load is transferred from tip to face. The experimental behavior of the hybrid model is similar to that of compression anchor when only pre-stress is applied. If the pullout test is performed by simultaneously pulling out the anchor and the nail, the compression load is dominant at the tip and tension load is dominant at the face. The load transfer mechanism of the hybrid model shows the combined behavior of soil-nailings with compression anchors.
Remotely Operated Vehicle of 6000-meters is a new conceptual equipment made to replace the manned systems for investigating the deep-sea environment, and all of the ROV systems in operational condition strongly depend on the connecting cables. In this point of view dynamics of the ROV cable system is very important for operational and safety aspects as a cable generally encounters great tension. Researches have been executed on this problem, and most of papers have been mainly focused on the operational condition of ROV system in deep sea. This paper presents the dynamic cable response analysis during ROV launching condition rather than the operational one in order to provide the design guide of a ROV cable system in this circumstance, considering the coupling effects between cable and wave-induced ship motion. To obtain the variations of cable tensions during a ROV launching, a pre-stressed harmonic response analysis was carried out. Wave-induced tensions of the cable during ROV launching were obtained in real sea states using FE modeling, and the basic design guide of a ROV cable system was obtained.
As deep decks are commonly used in construction fields and high-rise building. etc, the slim floor system is increasingly employed. But, the drawback of the slim floor system is that the use of 250 mm deep decks in a structure having a clear span of more than 6 m because of deflection and flexural buckling. This study suggests a non-support construction method where tendons are installed in the deep decks of the slim floor structure to introduce preload in order to control deflection in a structure having a clear span of 9 m. Loading tests were conducted to verify the composite effect and flexural capacity of the preloaded deep deck composite slab and evaluate the serviceability of the supportless construction method. The results showed the complete composite behavior of the preloaded deep deck composite slab with tendons. The specimens satisfied deflection limit and the working load was approximately 25% of the maximum load capacity. It is deemed that the cross-sectional area and yield strength of the deck plate should be taken into account in slab design and the yield strength and diameter of the tendon should be determined with the pre-tension taken into consideration.
Park, Hong-Bok;Yoon, Sam S.;Jepsen Richard A.;Heister Stephen D.
Journal of ILASS-Korea
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v.11
no.2
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pp.89-97
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2006
An inviscid axisymmetric model capable of predicting droplet bouncing and the detailed pre-impact motion, influenced by the ambient pressure, has been developed using boundary element method (BEM). Because most droplet impact simulations of previous studies assumed that a droplet was already in contact with the impacting substrate at the simulation start, the previous simulations could not accurately describe the effect of the gas compressed between a failing droplet and the impacting substrate. To properly account for the surrounding gas effect, an effect is made to release a droplet from a certain height. High gas pressures are computationally observed in the region between the droplet and the impact surface at instances just prior to impact. The current simulation shows that the droplet retains its spherical shape when the surface tension energy is dominant over the dissipative energy. When increasing the Weber number, the droplet surface structure is highly deformed due to the appearance of the capillary waves and, consequently, a pyramidal surface structure is formed; this phenomenon was verified with our experiment. Parametric studies using our model include the pre-impact behavior which varies as a function of the Weber number and the surrounding gas pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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