Seo, Young-Deuk;Choi, Hyoung-Suk;Kim, In-Tae;Kim, Jung Han;Jeong, Young-Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.19-26
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2021
The seismic isolation system have been applied in order to protect the collapse of bridge by seismic load and the vertical load transmitted from the superstructure. However, the failure and damages of non-shrinkage mortar, isolator and wedge in total 12 bridge were reported by Pohang Earthquake. In this study, the damage mechanism and behavior characteristics of elastomeric bearing by an earthquake were evaluated to consider the seismic isolation system including non-shrinkage mortar and the seat concrete of pier. To discuss the effect of installed wedge and damage mode of elastomeric bearing, the compressive-shear tests were carried out. Also, the mechanical behaviors and damage mechanism for each component of elastomeric bearing were evaluated by using finite element analysis. From the test results, the cracks were created at boundary between non-shrinkage mortar and seismic isolator and the shear loads were rapidly increased after bump into wedge. The cause for damage mechanism of seismic isolation system was investigated by comparing stress distribution of anchor socket and non-shrinkage mortar depending on wedge during earthquake.
An existing Damage Index Method is verified to demonstrate its feasibility for detecting structural damage in truss bridges (1) for which modal parameters are available for a few modes of vibration and (2) for which baseline modal information is not available from its as-built state. The theory of approach to detect locations of damage and to identify baseline modal model is summarized on the basis of system identification theory and modal sensitivity theory. The feasibility of the Damage Index Method is demonstrated using a numerical example of a truss bridge with 11 subsystems of 211 members and for which only two modes of vibration were recorded for post-damaged state.
A modal parameter based damage sensitive feature (DSF) is defined to mimic the relative change in any diagonal element of the stiffness matrix of a model of a structure. The damage assessment is performed in a statistical pattern recognition framework using empirical complementary cumulative distribution functions (ECCDFs) of the DSFs extracted from measured operational vibration response data. Methods are discussed to perform probabilistic structural health assessment with respect to the following questions: (a) "Is there a change in the current state of the structure compared to the baseline state?", (b) "Does the change indicate a localized stiffness reduction or increase?", with the latter representing a situation of retrofitting operations, and (c) "What is the severity of the change in a probabilistic sense?". To identify a range of normal structural variations due to environmental and operational conditions, lower and upper bound ECCDFs are used to define the baseline structural state. Such an approach attempts to decouple "non-damage" related variations from damage induced changes, and account for the unknown environmental/operational conditions of the current state. The damage assessment procedure is discussed using numerical simulations of ambient vibration testing of a bridge deck system, as well as shake table experimental data from a 4-story steel frame.
An, Yonghui;Ou, Jinping;Li, Jian;Spencer, B.F. Jr.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.2
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pp.105-128
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2014
The stochastic damage locating vector (SDLV) method has been studied extensively in recent years because of its potential to determine the location of damage in structures without the need for measuring the input excitation. The SDLV method has been shown to be a particularly useful tool for damage localization in steel truss bridges through numerical simulation and experimental validation. However, several issues still need clarification. For example, two methods have been suggested for determining the observation matrix C identified for the structural system; yet little guidance has been provided regarding the conditions under which the respective formulations should be used. Additionally, the specific layout of the sensors to achieve effective performance with the SDLV method and the associated relationship to the specific type of truss structure have yet to be explored. Moreover, how the location of truss members influences the damage localization results should be studied. In this paper, these three issues are first investigated through numerical simulation and subsequently the main results are validated experimentally. The results of this paper provide guidance on the effective use of the SDLV method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.4
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pp.169-179
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2002
This paper presents an efficient algorithm for the estimation of damage location and severity in structure using Probabilistic Neural Network (PNN). Artificial neural network has been being used for damage assessment by many researchers, but there are still some barriers that must be overcome to improve its accuracy and efficiency. The major problems with the conventional neural network are the necessity of many training data for neural network learning and ambiguity in the relation of neural network architecture with convergence of solution. In this paper, PNN is used as a pattern classifier to overcome those problems in the conventional neural network. The basic idea of damage assessment algorithm proposed in this paper is that modal characteristics from a damaged structure are compared with the training patterns which represent the damage in specific element to determine how close it is to training patterns in terms of the probability from PNN. The training pattern that gives a maximum probability implies that the element used in producing the training pattern is considered as a damaged one. The proposed damage assessment algorithm using PNN is applied to a 2-span continuous beam model structure to verify the algorithm.
Park, Jae-Hyung;Kim, Jeong-Tae;Hong, Dong-Soo;Mascarenas, David;Lynch, Jerome Peter
Smart Structures and Systems
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v.6
no.5_6
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pp.711-730
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2010
This study presents the design of autonomous smart sensor nodes for damage monitoring of tendons and girders in prestressed concrete (PSC) bridges. To achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, acceleration-based and impedance-based smart sensor nodes are designed for global and local structural health monitoring (SHM). Secondly, global and local SHM methods which are suitable for damage monitoring of tendons and girders in PSC bridges are selected to alarm damage occurrence, to locate damage and to estimate severity of damage. Thirdly, an autonomous SHM scheme is designed for PSC bridges by implementing the selected SHM methods. Operation logics of the SHM methods are programmed based on the concept of the decentralized sensor network. Finally, the performance of the proposed system is experimentally evaluated for a lab-scaled PSC girder model for which a set of damage scenarios are experimentally monitored by the developed smart sensor nodes.
Traditional approaches for structural health monitoring (SHM) seldom take ambient uncertainty (temperature, humidity, ambient vibration) into consideration, while their impacts on structural responses are substantial, leading to a possibility of raising false alarms. A few predictors model-based approaches deal with these uncertainties through complex numerical models running online, rendering the SHM approach to be compute-intensive, slow, and sometimes not practical. Also, with model-based approaches, the imperative need for a precise understanding of the structure often poses a problem for not so well understood complex systems. The present study employs a data-based approach coupled with Empirical mode decomposition (EMD) to correlate recorded response time histories under varying temperature conditions to corresponding damage scenarios. EMD decomposes the response signal into a finite set of intrinsic mode functions (IMFs). A two-dimensional Convolutional Neural Network (2DCNN) is further trained to associate these IMFs to the respective damage cases. The use of IMFs in place of raw signals helps to reduce the impact of sensor noise while preserving the essential spatio-temporal information less-sensitive to thermal effects and thereby stands as a better damage-sensitive feature than the raw signal itself. The proposed algorithm is numerically tested on a single span bridge under varying temperature conditions for different damage severities. The dynamic strain is recorded as the response since they are frame-invariant and cheaper to install. The proposed algorithm has been observed to be damage sensitive as well as sufficiently robust against measurement noise.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.6
no.3
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pp.79-87
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2011
Concrete incorporating high volume blast-furnace slag placed in cold weather regions might be in danger of initial frost damage because dependently on the mix proportions, the setting and the hardening would be remarkably delayed. Therefore, this study investigated to effect of the degree of frost on the strength development and the resistance to freezing and thawing of the concrete incorporating blast-furnace slag when being subjected to freeze at early age. As the experimental results, the concrete incorporating blast-furnace slag attacked by initial frost damage showed the remarkable reduction of both the compressive strength development and the resistance to freezing and thawing. Especially, the resistance to freezing-thawing of the concrete incorporating high volume blast-furnace slag became much lower than that of the normal concrete.
Many hydropower stations in southwest China are located in regions of brittle rock mass with high geo-stresses. Under these conditions deep fractured zones often occur in the sidewalls of the underground caverns of a power station. The theory and methods of fracture and damage mechanics are therefore adopted to study the phenomena. First a flexibility matrix is developed to describe initial geometric imperfections of a jointed rock mass. This model takes into account the area and orientation of the fractured surfaces of multiple joint sets, as well as spacing and density of joints. Using the assumption of the equivalent strain principle, a damage constitutive model is established based on the brittle fracture criterion. In addition the theory of fracture mechanics is applied to analyze the occurrence of secondary cracks during a cavern excavation. The failure criterion, for rock bridge coalescence and the damage evolution equation, has been derived and a new sub-program integrated into the FLAC-3D software. The model has then been applied to the stability analysis of an underground cavern group of a hydropower station in Sichuan province, China. The results of this method are compared with those obtained by using a conventional elasto-plastic model and splitting depth calculated by the splitting failure criterion proposed in a previous study. The results are also compared with the depth of the relaxation and fracture zone in the surrounding rock measured by field monitoring. The distribution of the splitting zone obtained both by the proposed model and by the field monitoring measurements are consistent to the validity of the theory developed herein.
This study aims to investigate in the assessment of salt damage conditions in concrete structures under marine environment conditions. It aims also to improve the durability of new concrete bridge through applying the life prediction method of salt damaged bridges. As measuring chloride contents of these bridges on the southwest coastal area, it is shown that the average amount of chloride on these surfaces close to shore is $10.5kg/m^3$. This figure is much higher than that of the Standard Specification for Concrete($1.5kg/m^3{\sim}2.5kg/m^3$). In contrast, it is shown the average amount of chloride on these surfaces in tide zone is $13.1kg/m^3$. Its figure is much lower than that of the Standard Specification for Concrete($20kg/m^3$). And the life of bridges is estimated about 17 years. To improve the durability for salt damage, these bridges are applied to surface treatment method which the replacement rate of furnace slag is 60%. Under this condition, it is expected to be 110 years. Consequently, it is clear that the use of slag replacement rate, surface treatment agent, and anti-corrosion agent to control chloride penetration effects of a submerge-based concrete bridge will be required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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