The importance of the life cycle cost (LCC) analysis for bridges has been recognized over the last decade. However, it is difficult to predict LCC precisely since the costs occurring throughout the service life of the bridge depend on various parameters such as design, construction, maintenance, and environmental conditions. This paper presents a methodology for the optimal life cycle cost design of a bridge. Total LCC for the service life is calculated as the sum of initial cost, damage cost, maintenance cost, repair and rehabilitation cost, user cost, and disposal cost. The optimization method is applied to design of a bridge structure with minimal cost, in which the objective function is set to LCC and constraints are formulated on the basis of Korean Bridge Design Code. Initial cost is calculated based on standard costs of the Korea Construction Price Index and damage cost on damage probabilities to consider the uncertainty of load and resistance. Repair and rehabilitation cost is determined using load carrying capacity curves and user cost includes traffic operation costs and time delay costs. The optimal life cycle cost design of a bridge is performed and the effects of parameters are investigated.
Rojas-Mercedes, Norberto;Erazo, Kalil;Di Sarno, Luigi
Earthquakes and Structures
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v.22
no.5
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pp.503-515
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2022
This paper presents the development of seismic fragility curves for a precast reinforced concrete bridge instrumented with a structural health monitoring (SHM) system. The bridge is located near an active seismic fault in the Dominican Republic (DR) and provides the only access to several local communities in the aftermath of a potential damaging earthquake; moreover, the sample bridge was designed with outdated building codes and uses structural detailing not adequate for structures in seismic regions. The bridge was instrumented with an SHM system to extract information about its state of structural integrity and estimate its seismic performance. The data obtained from the SHM system is integrated with structural models to develop a set of fragility curves to be used as a quantitative measure of the expected damage; the fragility curves provide an estimate of the probability that the structure will exceed different damage limit states as a function of an earthquake intensity measure. To obtain the fragility curves a digital twin of the bridge is developed combining a computational finite element model and the information extracted from the SHM system. The digital twin is used as a response prediction tool that minimizes modeling uncertainty, significantly improving the predicting capability of the model and the accuracy of the fragility curves. The digital twin was used to perform a nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) with selected ground motions that are consistent with the seismic fault and site characteristics. The fragility curves show that for the maximum expected acceleration (with a 2% probability of exceedance in 50 years) the structure has a 62% probability of undergoing extensive damage. This is the first study presenting fragility curves for civil infrastructure in the DR and the proposed methodology can be extended to other structures to support disaster mitigation and post-disaster decision-making strategies.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.1
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pp.769-777
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2015
In this paper, a damage assessment technique using a moving load test and optical sensors was studied to overcome the deficiency of measurement information in bridge maintenance. Continuous displacements by applying the reciprocal theorem to the test can make the assessment simpler and more practical. Numerical and experimental studies were performed to show the efficiency and accuracy of the proposed technique as well as the possibility of a more realistic assessment for large infrastructure. The results showed that the assessed damage levels are quite accurate, and similar to the exact values in actual damage locations, even in the experiments. The proposed technique is useful and practical for both detecting damage locations and damage quantities.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.73-76
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2008
The damage of earthquakes have to achieve by probabilistic evaluation because of uncertainty of earthquake. Fragility analysis is a useful tool for predicting the probability of damage induced by the probable earthquake. This paper presents the probability of damage as a function of peak ground acceleration and estimates the probability of five damage levels for the pier of prestressed concrete (PSC) bridge subjected to given ground acceleration. At each 100 artificial earthquake motions were generated in terms of soil conditions, and nonlinear time domain analyses were performed for the damage states of the pier of PSC bridge structures. These damage states are described by displacement ductility result from seismic performance based on existing research results. Using the damage states and ground motion parameters, five fragility curves for the pier of PSC bridges with five types of dominant frequencies were constructed assuming a log-nomal distribution. It was found that there was a significant effect on the fragility curves due to the dominant frequencies.
The present research aims to develop a methodology to rapidly assess bridges with damage to the superstructure, caused by overheight trucks or lower-than-average overhead clearance. Terrestrial laser scanning and image processing techniques are combined with the finite element method to arrive at an analytical model which is more accurate, with respect to the complex geometrical aspects of the bridge in its damaged configuration. ""Virtual load testing"" may subsequently be carried out on this analytical model to determine the reserve capacity of the structure in an objective manner.
Stay cables play an essential role in cable-stayed bridges. Severe vibrations and/or harsh environment may result in cable failures. Therefore, an efficient structural health monitoring (SHM) solution for cable damage detection is necessary. This study proposes a data-driven method for immediately detecting cable damage from measured cable forces by recognizing pattern transition from the intact condition when damage occurs. In the proposed method, pattern recognition for cable damage detection is realized by time series classification (TSC) using a deep learning (DL) model, namely, the long short term memory fully convolutional network (LSTM-FCN). First, a TSC classifier is trained and validated using the cable forces (or cable force ratios) collected from intact stay cables, setting the segmented data series as input and the cable (or cable pair) ID as class labels. Subsequently, the classifier is tested using the data collected under possible damaged conditions. Finally, the cable or cable pair corresponding to the least classification accuracy is recommended as the most probable damaged cable or cable pair. A case study using measured cable forces from an in-service cable-stayed bridge shows that the cable with damage can be correctly identified using the proposed DL-TSC method. Compared with existing cable damage detection methods in the literature, the DL-TSC method requires minor data preprocessing and feature engineering and thus enables fast and convenient early detection in real applications.
Lang Liu;Hao Luo;Mingming Wang;Yanhang Wang;Changqi Zhao;Nanyue Shi
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.303-315
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2024
This study proposes a comprehensive methodology for estimating accumulative damage of bridge structures under multiple seismic excitations, in the framework of site-specific probabilistic hazard analysis. Specifically, a typical earthquake-prone region in China is chosen to perform probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) to find the mean annual rate (MAR) of ground motion intensity at a specific level, based on which, a mass of ground motion observations is selected to construct random earthquake sequences with various number of shocks. Then, nonlinear time history analysis is implemented on the finite element (FE) model of a RC girder bridge at the site of interest, to investigate structural responses under different earthquake sequences, and to develop predictive model for cumulative damage computation, in which, a scalar seismic intensity measure (IM) is adopted and its performance in damage prediction is discussed by an experimental column. Furthermore, a mathematic model is established to calculate occurrence probability of earthquakes with various number of shocks, based on PSHA and homogenous Poisson random process, and a modified cumulative damage indicator is proposed, accounting for probabilistic occurrence of various earthquake scenarios. At end, the applicability of the proposed methodology to main shock and aftershock scenarios is validated, and characteristics of damage accumulation under different multiple earthquake scenarios are discussed.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.837-843
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1999
A common hydraulic jack using brdige retrofit has a problem of increasing cost and time of construction to construct additionally temporary bent or concrete bracket, in case of insufficiency work space and release hydraulic pressure. To solve the problem, this technique is developed to alternate the bridge bearing in adequate inspection condition. After control maximum lift-height and minimum lift-force of no damage to super structure, the constructive technique is to alternate and repair the bridge bearing using the wedge jack with bridge bearing ability that is no release hydraulic pressure stopper, and able to reuse separable cylinder.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.79-86
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1999
This paper aims to propose a method that helps maintenance engineers to evaluate the damage states of bridge systems by using a Fuzzy Fault Tree Analysis(FFTA). It may be stated that Fuzzy Fault Tree Analysis may be may useful for the systematic md rational condition and safety assessment for real bridge systems problems because the approach is able to effectively deal with all the related bridge system damages in terms of the linguistic variables that incorporate systematically experts experiences and subjective judgement.
Kim, Sung-Tae;Cho, Keun-Hee;Chin, Won-Jong;Cho, Jeong-Rae;Kim, Byung-Suk
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.103-106
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2005
Bridge deck is the element presenting the largest damage potentiality among the major bridge structural members. In the previous study, a new-type of FRP-concrete composite bridge deck system was proposed and its static performance was experimentally verified, This study aim at investigation of fatigue behavior such as failure mechanism through rolling fatigue test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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