In this study, a technique for estimating water surface velocity fields in the Universal Transverse Mercator coordinate system using the GPS information of a propagating drone but not ground control points is developed. First, we determine the image direction in which the upper side of an image is directed based on the navigation information of the drone. Subsequently, we assign the start and end frames of the video used and determine the analysis range. Using these two frames, we segment the measurement cross-section into a few subsections at regular intervals. At these subsections, we analyze 30 frame images to create spatio-temporal volumes for calculating the velocity fields. The results of the developed method (propagating drone surface image velocimetry) are compared with those of the existing method (hovering drone surface image velocimetry), and relatively good agreement is indicated between both in terms of the velocity fields.
This paper proposes a novel frame element on Winkler-Pasternak foundation for analysis of a non-ductile reinforced concrete (RC) member resting on foundation. These structural members represent flexural-shear critical members, which are commonly found in existing buildings designed and constructed with the old seismic design standards (inadequately detailed transverse reinforcement). As a result, these structures always experience shear failure or flexure-shear failure under seismic loading. To predict the characteristics of these non-ductile structures, efficient numerical models are required. Therefore, the novel frame element on Winkler-Pasternak foundation with inclusion of the shear-flexure interaction effect is developed in this study. The proposed model is derived within the framework of a displacement-based formulation and fiber section model under Timoshenko beam theory. Uniaxial nonlinear material constitutive models are employed to represent the characteristics of non-ductile RC frame and the underlying foundation. The shear-flexure interaction effect is expressed within the shear constitutive model based on the UCSD shear-strength model as demonstrated in this paper. From several features of the presented model, the proposed model is simple but able to capture several salient characteristics of the non-ductile RC frame resting on foundation, such as failure behavior, soil-structure interaction, and shear-flexure interaction. This confirms through two numerical simulations.
In this study, cyclic loading tests were conducted to assess the seismic performance of cast-in-place (CIP) concrete-filled hollow core precast concrete columns (HPCC) constructed using steel ducts and rubber tubes. The outer shells of HPCC, with a hollow ratio of 47%, were fabricated using steel ducts and rubber tubes, respectively. Two combinations of shear studs & long threaded bars or cross-deformed bars & V-ties were employed to ensure the structural integrity of the old concrete (outer shell) and new CIP concrete. Up to a drift ratio of 3.8%, the hysteresis loop, yielding stiffness, dissipated energy, and equivalent damping ratio of the HPCC specimens were largely comparable to those of the solid columns. Besides the similarities in cyclic load-displacement responses, the strain history of the longitudinal bars and the transverse confinement of the three specimens also exhibited similar patterns. The measured maximum moment exceeded the predicted moment according to ACI 318 by more than 1.03 times. However, the load reduction of the HPCC specimen after reaching peak strength was marginally greater than that of the solid specimen. The energy dissipation and equivalent damping ratios of the HPCC specimens were 20% and 25% lower than those of the solid specimen, respectively. Taking into account the overall results, the structural behavior of HPCC specimens fabricated using steel ducts and rubber tubes is deemed comparable to that of solid columns. Furthermore, it was confirmed that the two combinations for securing structural integrity functioned as expected, and that rubber air-tubes can be effectively used to create well-shaped hollow sections.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.611-620
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2006
The composite two plate-girder bridges are generally defined as a non-redundant load path structure because the bridge can collapse if one of the two girders is seriously damaged by a fatigue crack. In this paper, a numerical study on the evaluation of the after-fracture redundancy of the composite two-girder bridges was accomplished. The evaluation has been performed on the simple and three-span continuous bridges with I-section cross beams which serve as transverse bracing, and with or without the bottom lateral bracing system. The load carrying capacities of the intact and damaged bridges with or without lateral bracing were evaluated from material and geometric nonlinear analysis, respectively and the redundancy was evaluated for each case. It was acknowledged from the analytical results that both simple and continuous intact two-girder bridges have sufficient redundancy even without lateral bracing, but it takes an important role to improve the redundancy of damaged bridges.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.1A
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pp.61-69
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2010
Unbonded precast concrete piers have better seismic performances than conventional reinforced concrete piers. In this research, seismic performances of unbonded precast prestressed concrete piers are analyzed using OpenSEES. Main parameters of analysis are concrete strength, jacking force ratio, ratio of tendon, and size of precast segment. In results, as the ratio of tendon and jacking force ratio increase, the flexural strength increases at softening state and ultimate state. Concrete strength and size of precast segment are negligible. But initial jacking force ratio leads to early yielding of prestressing tendon. Since compressive strain in core concrete is much less than ultimate strain, it can be expected that the amount of transverse steel reinforcement is to be reduced in comparison with conventional reinforced concrete column.
Rotating beams play a crucial role in representing complex mechanical components that are prevalent in vital sectors like energy and transportation industries. These components are susceptible to the initiation and propagation of cracks, posing a substantial risk to their structural integrity. This study presents a two-stage methodology for detecting the location and estimating the size of an open-edge transverse crack in a rotating Euler-Bernoulli beam with a uniform cross-section. Understanding the dynamic behavior of beams is vital for the effective design and evaluation of their operational performance. In this regard, modal parameters such as natural frequencies and eigenmodes are frequently employed to detect and identify damages in mechanical components. In this instance, the Frobenius method has been employed to determine the first two natural frequencies and corresponding eigenmodes associated with flapwise bending vibration. These calculations have been performed by solving the governing differential equation that describes the motion of the beam. Various parameters have been considered, such as rotational speed, beam slenderness, hub radius, and crack size and location. The effect of the crack has been replaced by a rotational spring whose stiffness represents the increase in local flexibility as a result of the damage presence. In the initial phase of the proposed methodology, a damage index utilizing the slope of the beam's eigenmode has been employed to estimate the location of the crack. After detecting the presence of damage, the size of the crack is determined using a Genetic Algorithm optimization technique. The ultimate goal of the proposed methodology is to enable the development of more suitable and reliable maintenance plans.
In this research paper, and for the first time, wave propagations in sigmoidal imperfect functionally graded material plates are investigated using a simplified quasi-three-dimensionally higher shear deformation theory (Quasi-3D HSDTs). By employing an indeterminate integral for the transverse displacement in the shear components, the number of unknowns and governing equations in the current theory is reduced, thereby simplifying its application. Consequently, the present theories exhibit five fewer unknown variables compared to other Quasi-3D theories documented in the literature, eliminating the need for any correction coefficients as seen in the first shear deformation theory. The material properties of the functionally graded plates smoothly vary across the cross-section according to a sigmoid power law. The plates are considered imperfect, indicating a pore distribution throughout their thickness. The distribution of porosities is categorized into two types: even or uneven, with linear (L)-Type, exponential (E)-Type, logarithmic (Log)-Type, and Sinus (S)-Type distributions. The current quasi-3D shear deformation theories are applied to formulate governing equations for determining wave frequencies, and phase velocities are derived using Hamilton's principle. Dispersion relations are assumed as an analytical solution, and they are applied to obtain wave frequencies and phase velocities. A comprehensive parametric study is conducted to elucidate the influences of wavenumber, volume fraction, thickness ratio, and types of porosity distributions on wave propagation and phase velocities of the S-FGM plate. The findings of this investigation hold potential utility for studying and designing techniques for ultrasonic inspection and structural health monitoring.
Phenomenon of vegetation recruitment on the sand bar is drastically rising in the streams and rivers in Korea. In the 1960s prior to industrialization and urbanization, most of the streams were consisted of sands and gravels, what we call, 'White River'. Owing to dam construction, stream maintenance, etc. carried out since the '70s, the characteristic of flow duration and sediment transport have been disturbed resulting in the abundance of vegetation in the waterfront, that is, 'Green River' is under progress. This study purposed to identify the correlation among water level, water temperature, rainfall, soil moisture and soil texture out of the factors which give an effect on the vegetation recruitment on the sand bar of unregulated stream. To this purpose, this study selected the downstream of Naeseong Stream, one of sand rivers in Korea, as the river section for test and conducted the monitoring and analysis for 289 days. In addition, this study analyzed the aerial photos taken from 1970 to 2009 in order to identify the aged change in vegetation from the past to the present. The range of the tested river section was 361 m in transverse length and about 2 km in longitudinal length. According to the survey analysis, the tested river section in Naeseong Stream was a gaining river showing the higher underground-water level by 20~30 m compared to Stream water level. The difference in the underground water temperature was less than $5^{\circ}C$ by day and season and the Stream temperature did not fall to $10^{\circ}C$ and less from May when the vegetation germination begins in earnest. The impact factor on soil moisture was the underground water level in the lower layer and the rainfall in the upper layer and it was found that all the upper and lower layer were influenced by soil particle size. The soil from surface to 1 m-underground out of 6 soil moisture-measured points was sand with the $D_{50}$ size of 0.07~1.37 mm and it's assumed that the capillary height possible in the particle size would reach around 14~43 cm. On the other hand, according to the result of space analysis on the tested river section of unregulated stream for 40 years, it was found that the artificial disturbance and drought promoted the vegetation recruitment and the flooding resulted in the frequency extinction of vegetation communities. Even though the small and large scales of recruitment and extinction in vegetation have been repeated since 1970, the present vegetation area increased clearly compared to the past. It's found that the vegetation area is gradually increasing over time.
Due to river maintenance projects such as the creation of hydrophilic areas around rivers and the Four Rivers Project, the flow characteristics of rivers are continuously changing, and the risk of water quality accidents due to the inflow of various pollutants is increasing. In the event of a water quality accident, it is necessary to minimize the effect on the downstream side by predicting the concentration and arrival time of pollutants in consideration of the flow characteristics of the river. In order to track the behavior of these pollutants, it is necessary to calculate the diffusion coefficient and dispersion coefficient for each section of the river. Among them, the dispersion coefficient is used to analyze the diffusion range of soluble pollutants. Existing experimental research cases for tracking the behavior of pollutants require a lot of manpower and cost, and it is difficult to obtain spatially high-resolution data due to limited equipment operation. Recently, research on tracking contaminants using RGB drones has been conducted, but RGB images also have a limitation in that spectral information is limitedly collected. In this study, to supplement the limitations of existing studies, a hyperspectral sensor was mounted on a remote sensing platform using a drone to collect temporally and spatially higher-resolution data than conventional contact measurement. Using the collected spatio-temporal hyperspectral images, the tracer concentration was calculated and the transverse dispersion coefficient was derived. It is expected that by overcoming the limitations of the drone platform through future research and upgrading the dispersion coefficient calculation technology, it will be possible to detect various pollutants leaking into the water system, and to detect changes in various water quality items and river factors.
It is known that the long-term behavior and performance of jointed concrete pavement due to slab curling are affected by the environmental factors such as temperature, moisture, and so on. However, any relationships between the curling and its factors have not been defined clearly yet because of insufficient detailed investigation. The temperature, relative humidity, strain, vertical displacement of a concrete slab, and horizontal movement of its transverse joints were investigated by various sensors and devices instrumented in the slab of a concrete pavement section constructed for this study. The constraint of the curling by joint stiffness was investigated in addition to effect of the temperature and moisture on the early aged concrete slab by analyzing the field data measured for approximately 4days from concrete placement. The curling of the concrete slab showed 24hour cycles mainly because of the temperature effect, and the upward curling gradually increased because of the long-term effect of drying shrinkage of the concrete. The magnitude and variation of the curling were significantly affected by the joint stiffness which is comprised of aggregate interlocking and other factors. The effect of the variation of the seasonal joint stiffness varying with the temperature and long-term drying shrinkage on the slab curling will be investigated as a further study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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