In this study, the effect of local site conditions (site class and site amplifications) and structural variability are investigated on fragility functions of typical building structures. The study area is chosen as Eastern Turkey. The fragility functions are developed using site-specific uniform hazard spectrum (UHS). The site-specific UHS is obtained based on simulated ground motions. The implementation of ground motion simulation into seismic hazard assessment has the advantage of investigating detailed local site effects. The typical residential buildings in Erzincan are represented by equivalent single degree of freedom systems (ESDOFs). Predictive equations are accomplished for structural seismic demands of ESDOFs to derive fragility functions in a straightforward manner. To study the sensitivity of fragility curves to site class, two sites on soft and stiff soil are taken into account. Two alternative site amplification functions known as generic and theoretical site amplifications are examined for these two sites. The reinforced concrete frames located on soft soil display larger fragilities than those on stiff soil. Theoretical site amplification mostly leads to larger fragilities than generic site amplification more evidently for reinforced concrete buildings. Additionally, structural variability of ESDOFs is generally observed to increase the fragility especially for rigid structural models.
The Jiangyin Bridge is a suspension bridge with a main span of 1385 m over the Yangtze River in Jiangsu Province, China. Being the first bridge with a main span exceeding 1 km in Chinese mainland, it had been instrumented with a structural health monitoring (SHM) system when completed in 1999. After operation for several years, it was found with malfunction in sensors and data acquisition units, and insufficient sensors to provide necessary information for structural health evaluation. This study reports the SHM system upgrade project on the Jiangyin Bridge. Although implementations of SHM system have been reported worldwide, few studies are available on the upgrade of SHM system so far. Recognizing this, the upgrade of original SHM system for the bridge is first discussed in detail. Especially, lessons learned from the original SHM system are applied to the design of upgraded SHM system right away. Then, performance assessment of the bridge, including: (i) characterization of temperature profiles and effects; (ii) recognition of wind characteristics and effects; and (iii) identification of modal properties, is carried out by making use of the long-term monitoring data obtained from the upgraded SHM system. Emphasis is placed on the verification of design assumptions and prediction of bridge behavior or extreme responses. The results may provide the baseline for structural health evaluation.
Lou, Wenjuan;Bai, Hang;Huang, Mingfeng;Duan, Zhiyong;Bian, Rong
Wind and Structures
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v.31
no.2
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pp.165-183
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2020
The first step of performance-based design for transmission lines is the determination of wind fields as well as wind loads, which are largely depending on local wind climate and the surrounding terrain. Wind fields in a mountainous area are very different with that in a flat terrain. This paper firstly investigated both mean and fluctuating wind characteristics of a typical mountainous wind field by wind tunnel tests and computational fluid dynamics (CFD). The speedup effects of mean wind and specific turbulence properties, i.e., turbulence intensity, power spectral density (PSD) and coherence function, are highlighted. Then a hybrid simulation framework for generating three dimensional (3D) wind velocity field in the mountainous area was proposed by combining the CFD and proper orthogonal decomposition (POD) method given the properties of the target turbulence field. Finally, a practical 220 kV transmission line was employed to demonstrate the effectiveness of the proposed wind field generation framework and its role in the performance-based design. It was found that the terrain-induce turbulence effects dominate the performance-based structural design of transmission lines running through the mountainous area.
Cylindrical steel tanks are important components of industrial facilities. Their safety becomes a crucial issue since any failure may cause catastrophic consequences. The aim of the paper is to show the results of comprehensive FEM numerical investigation focused on the response of cylindrical steel tanks under mining tremors and moderate earthquakes. The effects of different levels of liquid filling, the influence of non-uniform seismic excitation as well as the aspects of diagnosis of structural damage have been investigated. The results of the modal analysis indicate that the level of liquid filling is really essential in the structural analysis leading to considerable changes in the shapes of vibration modes with a substantial reduction in the natural frequencies when the level of liquid increases. The results of seismic and paraseismic analysis indicate that the filling the tank with liquid leads to the substantial increase in the structural response underground motions. It has also been observed that the peak structural response values under mining tremors and moderate earthquakes can be comparable to each other. Moreover, the consideration of spatial effects related to seismic wave propagation leads to a considerable decrease in the structural response under non-uniform seismic excitation. Finally, the analysis of damage diagnosis in steel tanks shows that different types of damage may induce changes in the free vibration modes and values of natural frequencies.
Structural effects of several geometric parameters such as shroud thickness, edge roundness and fillet radius of turbopump turbine blade were investigated throughout transient finite element analyses. Usually shroud is inserted to increase aerodynamic efficiency, but blocks deformation of blades. Therefore it can increase stress level in a structural point of view. Likewise, edge roundness and fillet between blades are also parameters where aerodynamics and structural mechanics should compromise. In this study, overall stress levels according to the geometric parameters were thoroughly investigated and the results could be utilized to determine optimal geometries.
In this study, the fatigue property of U rib-to-crossbeam connections in orthotropic steel bridge (OSB) crossbeams under heavy traffic vehicle load was investigated considering the effects of in-plane shear stress. The applicability of an improved structural stress (ISS) method was validated for the fatigue behavior analysis of nonwelded arc-shaped cutout regions in multiaxial stress states. Various types of fatigue testing specimens were compared for investigating the equivalent structural stress, fatigue crack initiation positions, and failure modes with the unified standards. Furthermore, the implications of OSB crossbeams and specified loading cases are discussed with respect to the improved method. The ISS method is proven to be applicable for analyzing the fatigue property of nonwelded arc-shaped cutout regions in OSB crossbeams. The used method is essential for gaining a reliable prediction of the most likely failure modes under a specific heavy traffic vehicle load. The evaluated results using the used method are proven to be accurate with a slighter standard deviation. We obtained the trend of equivalent structural stress in arc-shaped cutout regions and validated the crack initiation positions and propagation directions by comparing them with the fatigue testing results. The implications of crossbeam spans on fatigue property are less significant than the effects of crossbeams.
Bahrami, Alireza;Badaruzzaman, Wan Hamidon Wan;Osman, Siti Aminah
Computers and Concrete
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v.9
no.6
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pp.403-426
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2012
This paper deals with the structural behaviour of tapered concrete-filled steel composite (TCFSC) columns under eccentric loading. Finite element software LUSAS is used to perform the nonlinear analyses to predict the structural behaviour of the columns. Results from the finite element modelling and existing experimental test are compared to verify the accuracy of the modelling. It is demonstrated that they correlate reasonably well with each other; therefore, the proposed finite element modelling is absolutely accurate to predict the structural behaviour of the columns. Nonlinear analyses are carried out to investigate the behaviour of the columns where the main parameters are: (1) tapered angle (from $0^{\circ}$ to $2.75^{\circ}$); (2) steel wall thickness (from 3 mm to 4 mm); (3) load eccentricity (15 mm and 30 mm); (4) L/H ratio (from 10.67 to 17.33); (5) concrete compressive strength (from 30 MPa to 60 MPa); (6) steel yield stress (from 250 MPa to 495 MPa). Results are depicted in the form of load versus mid-height deflection plots. Effects of various tapered angles, steel wall thicknesses, and L/H ratios on the ultimate load capacity, ductility and stiffness of the columns are studied. Effects of different load eccentricities, concrete compressive strengths and steel yield stresses on the ultimate load capacity of the columns are also examined. It is concluded from the study that the parameters considerably influence the structural behaviour of the columns.
Kim, Do Kyun;Kim, Han Byul;Zhang, Xiaoming;Li, Chen Guang;Paik, Jeom Kee
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.507-528
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2014
In the ship and offshore structure design, age-related problems such as corrosion damage, local denting, and fatigue damage are important factors to be considered in building a reliable structure as they have a significant influence on the residual structural capacity. In shipping, corrosion addition methods are widely adopted in structural design to prevent structural capacity degradation. The present study focuses on the historical trend of corrosion addition rules for ship structural design and investigates their effects on the ultimate strength performance such as hull girder and stiffened panel of double hull oil tankers. Three types of rules based on corrosion addition models, namely historic corrosion rules (pre-CSR), Common Structural Rules (CSR), and harmonised Common Structural Rules (CSR-H) are considered and compared with two other corrosion models namely UGS model, suggested by the Union of Greek Shipowners (UGS), and Time-Dependent Corrosion Wastage Model (TDCWM). To identify the general trend in the effects of corrosion damage on the ultimate longitudinal strength performance, the corrosion addition rules are applied to four representative sizes of double hull oil tankers namely Panamax, Aframax, Suezmax, and VLCC. The results are helpful in understanding the trend of corrosion additions for tanker structures.
This paper presents the structural health monitoring (SHM) of Shanghai Tower. In order to provide useful information for safety evaluation and regular maintenance under construction and in-service condition, a comprehensive structural health monitoring (SHM) system is installed in Shanghai Tower, which is composed of a main monitoring station and eleven substations. Structural responses at different construction stages are measured using this SHM system and presented in this study. Meanwhile, a detailed finite element model (FEM) is created and comparison of results between SHM and FEM is carried out. Results indicate that the time-dependent property of concrete creep is of great importance to structural response and the measured data can be used in FEM updating to obtain more accurate FEM models at different construction stages. Therefore, installation of structural health monitoring system in super-tall buildings could be considered as an effective way to assure structural safety during the construction process.
Due to structural complicacy, structural health monitoring for civil engineering needs more accurate and effectual methods of damage identification. This study aims to import multi-source information fusion (MSIF) into structural damage diagnosis to improve the validity of damage detection. Firstly, the essential theory and applied mathematic methods of MSIF are introduced. And then, the structural damage identification method based on multi-mode information fusion is put forward. Later, on the basis of a numerical simulation of a concrete continuous box beam bridge, it is obviously indicated that the improved modal strain energy method based on multi-mode information fusion has nicer sensitivity to structural initial damage and favorable robusticity to noise. Compared with the classical modal strain energy method, this damage identification method needs much less modal information to detect structural initial damage. When the noise intensity is less than or equal to 10%, this method can identify structural initial damage well and truly. In a word, this structural damage identification method based on multi-mode information fusion has better effects of structural damage identification and good practicability to actual structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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