The traditional destructive tests in damage detection require high cost, long consuming time, repairing of damaged members, etc. In addition to these, powerful equipments with advanced technology have motivated development of global vibration based damage detection methods. These methods base on observation of the changes in the structural dynamic properties and updating finite element models. The existence, location, severity and effect on the structural behavior of the damages can be identified by using these methods. The main idea in these methods is to minimize the differences between analytical and experimental natural frequencies. In this study, an application of damage detection using model updating method was presented on a one storey reinforced concrete (RC) building model. The model was designed to be 1/2 scale of a real building. The measurements on the model were performed by using ten uni-axial seismic accelerometers which were placed to the floor level. The presented damage identification procedure mainly consists of five steps: initial finite element modeling, testing of the undamaged model, finite element model calibration, testing of the damaged model, and damage detection with model updating. The elasticity modulus was selected as variable parameter for model calibration, while the inertia moment of section was selected for model updating. The first three modes were taken into consideration. The possible damaged members were estimated by considering the change ratio in the inertia moment. It was concluded that the finite element model calibration was required for structures to later evaluations such as damage, fatigue, etc. The presented model updating based procedure was very effective and useful for RC structures in the damage identification.
산사태는 전 세계적으로 매년 큰 재산 피해를 야기하는 자연 재해로 알려져 있다. 국내에서도 기후 변화의 영향으로 산사태 피해가 증가하는 경향을 보이고 있으며, 이로 인한 피해를 줄이기 위해서는 산사태를 증가시키는 인자들을 파악하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구는 충청북도 충주시에서 발생한 산사태 피해에 영향을 미치는 변수들의 중요도를 평가하기 위해 랜덤포레스트 모델을 활용하여 14개의 인자들 사이의 중요도를 분석하였다. 연구 결과, 모델의 성능은 AUC가 0.87로 높은 정확도를 보이며, 변수 중요도는 경사 방향, 경사, 계곡까지의 직선 거리, 고도 순으로 정해졌으며, 이는 경사방향과 경사 등의 지형인자가 암종과 유효토심과 같은 지질과 토양인자보다 산사태 피해에 더 큰 영향을 미친다는 것을 시사한다. 이 연구 결과는 산사태 피해 예측지도의 제작 및 산사태 피해 감소에 초점을 맞춘 연구에 기초 자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
With the aim to evaluate the fatigue damage accumulation and predict the residual life of engineering components under variable amplitude loadings, this paper proposed a new strain energy-based damage accumulation model by considering both effects of mean stress and load interaction on fatigue life in a low cycle fatigue (LCF) regime. Moreover, an integrated procedure is elaborated for facilitating its application based on S-N curve and loading conditions. Eight experimental datasets of aluminum alloys and steels are utilized for model validation and comparison. Through comparing experimental results with model predictions by the proposed, Miner's rule, damaged stress model (DSM) and damaged energy model (DEM), results show that the proposed one provides more accurate predictions than others, which can be extended for further application under multi-level stress loadings.
보험료 및 보험료 구성요소에 대한 예측모형은 합리적인 보험료 결정에 필수적이다. 본 연구에서는 가변수 회귀모형, 독립변수 추가모형, 자기회귀 오차모형, 계절형 ARIMA 모형, 개입모형 등 적정한 자동차 대물 손해보험료 추정에 사용되는 다양한 모형을 소개하였다. 또한 실제 자동차 대물 보험료 자료를 이용하여 각 모형을 이용하여 보험료, 심도, 빈도 등을 추정하였으며, 모형의 추정결과는 추정치와 실제 자료값의 차이에 근거한 RMSE(Root Mean Squared Errors) 값을 통해 비교하였다. 실제 자료 분석 결과, 자기회귀 오차모형이 가장 좋은 성능을 보여주는 것을 알 수 있었다.
This paper introduces a novel, rigorous, and efficient probabilistic methodology for the performance-based optimal design (PBOD) of semi-active tuned mass damper (SATMD) for seismically excited nonlinear structures. The proposed methodology is consistent with the modern performance-based earthquake engineering framework and aims to design reliable control systems. To this end, an optimization problem has been defined which considers the parameters of control systems as design variables and minimization of the probability of exceeding a targeted structural performance level during the lifetime as an objective function with a constraint on the failure probability of stroke length damage state associated with mass damper mechanism. The effectiveness of the proposed methodology is illustrated through a numerical example of performance analysis of an eight-story nonlinear shear building frame with hysteretic bilinear behavior. The SATMD with variable stiffness and damping have been designed separately with different mass ratios. Their performance has been compared with that of uncontrolled structure and the structure controlled with passive TMD in terms of probabilistic demand curves, response hazard curves, fragility curves, and exceedance probability of performance levels during the lifetime. Numerical results show the effectiveness, simplicity, and reliability of the proposed PBOD method in designing SATMD with variable stiffness and damping for the nonlinear frames where they have reduced the exceedance probability of the structure up to 49% and 44%, respectively.
Damage caused by an earthquake depends on not just the intensity of an earthquake but also the region-specific construction practices. Past earthquakes in Asian countries have highlighted inadequate construction practices, which caused huge life and property losses, indicating the severe need to strengthen existing structures. Strengthening activities shall be proposed as per the proposed weighting factors, first at the higher weighted members to increase the capacity of the building immediately and thereafter, the other members. Through this study on gravity load-designed (GLD) buildings, relative weights are assigned to each storey and exterior and interior columns within a storey based on their contribution to the energy dissipation capacity of the building. The numerical study is conducted on mid-rise archetype GLD buildings, i.e., 4, 6, 8, and 10 stories with variable storey heights, in the high seismic zones. Non-linear static analysis is performed to compute weights based on energy dissipation capacities. The results obtained are verified with the non-linear time history analysis of 4 GLD buildings. It was observed that exterior columns have higher weightage in the energy dissipation capacity of the building than interior columns up to a certain building height. The damage in stories is distributed in a convex to concave parabolic shape from bottom to top as building height increases, and the maxima location of the parabola shifts from bottom to middle stories. Relative weighting factors are assigned as per the damage contribution. And the sequence for strengthening activities is proposed as per the computed weighting factors in descending order for regular RCC buildings. Therefore, proposals made in the study would increase the efficacy of strengthening activities.
Dufour, Frederic;Pijaudier-Cabot, Gilles;Choinska, Marta;Huerta, Antonio
Computers and Concrete
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제5권4호
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pp.375-388
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2008
Crack opening governs many transfer properties that play a pivotal role in durability analyses. Instead of trying to combine continuum and discrete models in computational analyses, it would be attractive to derive from the continuum approach an estimate of crack opening, without considering the explicit description of a discontinuous displacement field in the computational model. This is the prime objective of this contribution. The derivation is based on the comparison between two continuous variables: the distribution if the effective non local strain that controls damage and an analytical distribution of the effective non local variable that derives from a strong discontinuity analysis. Close to complete failure, these distributions should be very close to each other. Their comparison provides two quantities: the displacement jump across the crack [U] and the distance between the two profiles. This distance is an error indicator defining how close the damage distribution is from that corresponding to a crack surrounded by a fracture process zone. It may subsequently serve in continuous/discrete models in order to define the threshold below which the continuum approach is close enough to the discrete one in order to switch descriptions. The estimation of the crack opening is illustrated on a one-dimensional example and the error between the profiles issued from discontinuous and FE analyses is found to be of a few percents close to complete failure.
Many studies have been performed to predict a reliable and accurate stress-range distribution and fatigue damage regarding the Gaussian wide-band stress response due to multi-peak waves and multiple dynamic loads. So far, most of the approximation models provide slightly inaccurate results in comparison with the rain-flow counting method as an exact solution. A step-by-step study was carried out to develop new approximate spectral moments that are close to the rain-flow counting moment, which can be used for the development of a fatigue damage model. Using the special parameters and bandwidth parameters, four kinds of parameter-based combinations were constructed and estimated using the R-squared values from regression analysis. Based on the results, four candidate empirical formulas were determined and compared with the rain-flow counting moment, probability density function, and root mean square (RMS) value for relative distance. The new approximate spectral moments were finally decided through comparison studies of eight response spectra. The new spectral moments presented in this study could play an important role in improving the accuracy of fatigue damage model development. The present study shows that the new approximate moment is a very important variable for the enhancement of Gaussian wide-band fatigue damage assessment.
Structural health monitoring (SHM) has been related to damage identification with either operational loads or other environmental loading playing a significant complimentary role in terms of structural safety. In this study, a non-parametric method of time frequency analysis on the measurement is used to address the time-frequency representation for modal parameter estimation and system damage identification of structure. The method employs the wavelet decomposition of dynamic data by using the modified complex Morlet wavelet with variable central frequency (MCMW+VCF). Through detail discussion on the selection of model parameter in wavelet analysis, the method is applied to study the dynamic response of both steel structure and reinforced concrete frame under white noise excitation as well as earthquake excitation from shaking table test. Application of the method to building earthquake response measurement is also examined. It is shown that by using the spectrogram generated from MCMW+VCF method, with suitable selected model parameter, one can clearly identify the time-varying modal frequency of the reinforced concrete structure under earthquake excitation. Discussions on the advantages and disadvantages of the method through field experiments are also presented.
In order to protect a structure over its full life cycle, a novel tuned mass damper (TMD), the so-called semi-active eddy current pendulum tuned mass damper (SAEC-PTMD), which can retune its frequency and damping ratio in real-time, is proposed in this study. The structural instantaneous frequency is identified through a Hilbert-Huang transformation (HHT), and the SAEC-PTMD pendulum is adjusted through an HHT-based control algorithm. The eddy current damping parameters are discussed, and the relationship between effective damping coefficients and air gaps is fitted through a polynomial function. The semi-active eddy current damping can be adjusted in real-time by adjusting the air gap based on the linear-quadratic-Gaussian (LQG)-based control algorithm. To verify the vibration control effect of the SAEC-PTMD, an idealized linear primary structure equipped with an SAEC-PTMD excited by harmonic excitations and near-fault pulse-like earthquake excitations is proposed as one of the two case studies. Under strong earthquakes, structures may go into the nonlinear state, while the Bouc-Wen model has a wild application in simulating the hysteretic characteristic. Therefore, in the other case study, a nonlinear primary structure based on the Bouc-Wen model is proposed. An optimal passive TMD is used for comparison and the detuning effect, which results from the cumulative damage to primary structures, is considered. The maximum and root-mean-square (RMS) values of structural acceleration and displacement time history response, structural acceleration, and displacement response spectra are used as evaluation indices. Power analyses for one earthquake excitation are presented as an example to further study the energy dissipation effect of an SAECPTMD. The results indicate that an SAEC-PTMD performs better than an optimized passive TMD, both before and after damage occurs to the primary structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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