Infrastructure facilities contain various pipe systems, which can be considerably damaged by external loads such as earthquakes. Therefore, structural health monitoring (SHM) and safety assessment of pipes are crucial. Digital twin technology for SHM of pipes is important in the industry. This study proposes a digital twin system that estimates the behavior, stress, and external load of real-scale pipes in real time under simultaneous seismic and external loads using a minimum number of sensors. Vibration tests were performed to construct the digital twin system, and a numerical model was developed that considered the dynamic characteristics of a target pipe. Moreover, a reduced-order modeling technique of a numerical model was applied to enhance its real-time performance. The digital twin system successfully estimated the response of the pipe at all points. Verification of the digital twin system was performed by comparing it with the experimental parameters of a real-scale pipe. The proposed digital twin system can help enhance SHM and system's maintenance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.5
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pp.17-26
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2020
This study examined the structural effectiveness of the unbonded technique originally developed for seismic strengthening of unreinforced masonry walls on the basis of the prestressed steel bars and glass fiber (GF) grids. The masonry walls were strengthened by using individual steel bars or GF grids and their combination. Test results showed that the proposed technique was favorable in enhancing the strength, stiffness, and ductility of the masonry walls. When compared with the lateral load capacity, stiffness at the ascending branch of the lateral load-displacement curve, and energy dissipation capacity of the unstrengthened control wall, the increasing ratios were 110%, 120%, and 360%, respectively, for the walls strengthened with the individual GF grids, 140%, 130%, and 510%, respectively, for the walls strengthened with the individual steel bars, and 160%, 130%, and 840%, respectively, for the walls strengthened with the combination of steel bars and GF grids. The measured lateral load capacities of masonry walls strengthened with the developed technique were in relatively good agreement with the predictions by the equations proposed by Yang et al. Overall, the developed technique is quite promising in enhancing the seismic performance of unreinforced masonry walls.
Park, Jong-Bae;Sim, Young-Jong;Jung, Jong-Suk;Park, Yong-Boo
Land and Housing Review
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v.2
no.4
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pp.387-395
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2011
According to the seismic design criteria for structural buildings in Korea, the ground is classified into 5 types based on the average shear wave velocity measured from elastic wave tests on site and seismic load applied to the structure is estimated. However, elastic wave tests in site, however, on the engineering fill, cannot be performed during the construction period. Therefore, to evaluate shear wave velocity considering field conditions, resonant column (RC) and torsional shear (TS) tests are performed and compared with various elastic wave test results. As a result, if confining pressure for the tests using engineering fill are considered properly, we can obtain similar results comparing with those of elastic wave tests. In addition, by considering the effect of maximum shear modulus and confining pressure by RC/TS tests, n values shows typical values ranging from 0.434 to 0.561 so that utilization of RC/TS tests can be useful to infer shear modulus in field.
In this paper, the influence of axial compression ratio on the mechanical properties of new type joints of side span of rectangular concrete-filled steel tubular column-H-type steel beam is studied. Two new types of side-span joints of rectangular concrete-filled steel tubular column-H-type steel beam are designed and quasi-static tests of five new type joints with 1:2 scale reduction ratios are performed. The axial compression ratio of joint JD1 is 0.3, 0.4 and 0.5, and the axial compression ratio of joint JD2 is 0.3 and 0.5. In the joint test, different axial forces were applied to the top of the column according to different axial compression ratios, and low-cyclic reciprocating load was applied on the beam. The stress and strain distribution, beam and column deformation, limit state, failure process, failure mechanism, stiffness degradation, ductile deformation and energy dissipation capacity of the joint were measured and analyzed. The results show that: with the increase of axial compression ratio, the ultimate bearing capacity of the joint decreases slightly, the plastic deformation decreases, and the stiffness and ductility decrease. According to the energy dissipation curve of the specimen, the equivalent damping coefficient also increases with the increase of axial compression ratio in a certain range, indicating that the increase of axial compression ratio can improve the seismic performance of the joint to a certain extent. The finite element method is used to simulate the joint test, and the test results are in good agreement with the simulation results.
Herrera, Ricardo A.;Muhummud, Teerawut;Ricles, James M.;Sause, Richard
Steel and Composite Structures
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v.43
no.3
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pp.327-340
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2022
A vast amount of experimental and analytical research has been conducted related to the seismic behavior and performance of concrete filled steel tubular (CFT) columns. This research has resulted in a wealth of information on the component behavior. However, analytical and experimental data for structural systems with CFT columns is limited, and the well-known behavior of steel or concrete structures is assumed valid for designing these systems. This paper presents the development of an analytical model for nonlinear analysis of composite moment resisting frame (CFT-MRF) systems with CFT columns and steel wide-flange (WF) beams under seismic loading. The model integrates component models for steel WF beams, CFT columns, connections between CFT columns and WF beams, and CFT panel zones. These component models account for nonlinear behavior due to steel yielding and local buckling in the beams and columns, concrete cracking and crushing in the columns, and yielding of panel zones and connections. Component tests were used to validate the component models. The model for a CFT-MRF considers second order geometric effects from the gravity load bearing system using a lean-on column. The experimental results from the testing of a four-story CFT-MRF test structure are used as a benchmark to validate the modeling procedure. An analytical model of the test structure was created using the modeling procedure and imposed-displacement analyses were used to reproduce the tests with the analytical model of the test structure. Good agreement was found at the global and local level. The model reproduced reasonably well the story shear-story drift response as well as the column, beam and connection moment-rotation response, but overpredicted the inelastic deformation of the panel zone.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.83-91
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2021
In this study, to improve the connection performance between the existing reinforced concrete (R/C) frame and the strengthening member, we proposed a new H-section steel frame with elastic pad (HSFEP) system for seismic rehabilitation of existing medium-to-low-rise reinforced concrete (R/C) buildings. This HSFEP strengthening system exhibits an excellent connection performance because an elastic pad is installed between the existing structure and reinforcing frame. The method shows a strength design approach implemented via retrofitting, to easily increase the ultimate lateral load capacity of R/C buildings lacking seismic data, which exhibit shear failure mechanism. Two full-size two-story R/C frame specimens were designed based on an existing R/C building in Korea lacking seismic data, and then strengthened using the HSFEP system; thus, one control specimen and one specimen strengthened with the HSFEP system were used. Pseudodynamic tests were conducted to verify the effects of seismic retrofitting, and the earthquake response behavior with use of the proposed method, in terms of the maximum response strength, response displacement, and degree of earthquake damage compared with the control R/C frame. Test results revealed that the proposed HSFEP strengthening method, internally applied to the R/C frame, effectively increased the lateral ultimate strength, resulting in reduced response displacement of R/C structures under large scale earthquake conditions.
Seismic wave velocity change has been monitored due to the accumulation of micro-cracks by uniaxial loads on the rock samples from Seokmo Island with stepwise increase in 5 stages. After the load was applied up to 95% of UCS, P- and S-wave velocities varied in ranges of 0.9 ~ 18.3% and 2.8 ~ 14.8% of fresh rock sample velocities, respectively. Unlike seismic velocity of the dry rock samples that showed overall decreases after the loading, velocity changes of saturated rock samples were much more complicated. These seemed to be due to the mixture of two contradictory mechanisms; i.e. accumulation of micro-crack causes an increase in porosity and a decrease in wave velocity, while saturation causes an increase in wave velocity. Most of tested rocks showed a trend of velocity increase with low axial load and then velocity decrease at later stages. Starting stage of velocity decrease differs from samples to samples. After the failure of rock occurred, noticeable increases of porosity and decreases of wave velocity have been observed. It showed overall trend that the more the quartz contents and the lower the silicate, the higher the Young's modulus.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.1
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pp.23-34
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2015
Recently a new damper system with Kogome truss structure was developed and its mechanical properties were verified based on the laboratory test. This paper presents a Kagome truss damper external connection method for seismic strengthening of RC frame structural system. The Kagome external connection method, proposed in this study, consisted of building structure, Kagome damper and support system. The method is capable of reducing earthquake energy on the basis of the dynamic interaction between external support and building structures using Kagome damper. The pseudo-dynamic test, designed using a existing RC frame apartment for pilot application of LH corporation, was carried out in order to verify the seismic strengthening effects of the proposed method in terms of the maximum load carrying capacity and response ductility. Test results revealed that the proposed Kagome damper method installed in RC frame enhanced conspicuously the strength and displacement capacities, and the method can resist markedly under the large scaled earthquake intensity level.
As limited well-documented experimental data are available for assessing the attributes of different deformation components of flanged walls, few appropriate models have been established for predicting the inelastic responses of flanged walls, especially those of asymmetrical flanged walls. This study presents the experimental results for three large-scale T-shaped reinforced concrete walls and examines the variations in the flexural, shear, and sliding components of deformation with the total deformation over the entire loading process. Based on the observed deformation behavior, a simple model based on moment-curvature analysis is established to estimate flexural deformations, in which the changes in plastic hinge length are considered and the deformations due to strain penetration are modeled individually. Based on the similar gross shapes of the curvature and shear strain distributions over the wall height, a proportional relationship is established between shear displacement and flexural rotation. By integrating the deformations due to flexure, shear, and strain penetration, a new load-deformation analytical model is proposed for flexure-dominant flanged walls. The proposed model provides engineers with a simple, accurate modeling tool appropriate for routine design work that can be applied to flexural walls with arbitrary sections and is capable of determining displacements at any position over the wall height. By further simplifying the analytical model, a simple procedure for estimating the ultimate displacement capacity of flanged walls is proposed, which will be valuable for performance-based seismic designs and seismic capacity evaluations.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.102-111
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2022
The aim of this study is to assess the seismic performance of octagonal hollow cross section reinforced concrete bridge pier, and to investigate the effect of longitudinal reinforcement ratios on the failure behavior. Four octagonal hollow section RC bridge columns of small scale model were tested under a quasi-static cyclically reversed horizontal load with constant axial load. The volumetric ratio of transverse spiral hoop of all specimens was maintained constant(0.206%), the ratios of longitudinal reinforcement were varied(2.36 ~ 4.71%). Failure behavior and seismic performance were investigated. Three specimens with the exception of lap spliced specimen showed flexure-shear failure at final stage. The test results with the exception of lap spliced specimen showed that the displacement ductility factor and accumulated energy dissipation decreased in inverse proportion to the ratio of longitudinal steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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