This study develops a damage detection method based on neural networks. The performance of the method is numerically and experimentally verified using a three-story shear building model. The framework is mainly composed of two hierarchical stages to identify damage location and extent using artificial neural network (ANN). The normalized damage signature index, that is a normalized ratio of the changes in the natural frequency and mode shape caused by the damage, is used to identify the damage location. The modal parameters extracted from the numerically developed structure for multiple damage scenarios are used to train the ANN. The positive alarm from the first stage of damage detection activates the second stage of ANN to assess the damage extent. The difference in mode shape vectors between the intact and damaged structures is used to determine the extent of the related damage. The entire procedure is verified using laboratory experiments. The damage is artificially modeled by replacing the column element with a narrow section, and a stochastic subspace identification method is used to identify the modal parameters. The results verify that the proposed method can accurately detect the damage location and extent.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.3
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pp.35-42
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2021
An experimental study was carried out to evaluate the shear performance at the interface composed of structural laminates and concrete. The main variables are the number of CLT layers and the shape of the shear connector. The number of CLT layers consisted of 3 and 5 layers. A total of 6 test specimens for shear performance evaluation were prepared in the form of a shear connector, a direct screw type and a vertically embedded type. As a result of the experiment, similar behavior was shown in all specimens, regardless of the number of layers, including direct screw type (SC series) and vertically embedded type (VE series). The behavior at the joint surface was damaged due to the occurrence of initial shear cracks, expansion of shear groove cracks, and splaying at the interface after the maximum load.After the maximum load, the shear strength decreased gradually due to the effect of the shear connector. It can be seen that the shear strength of all specimens is determined by shear and compression stress failure of concrete at the interface of the notch joint.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.121-128
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2021
Piloti-type buildings in Korea are usually composed of lower frames and upper shear wall structures. Piloti-type buildings have been seriously damaged during earthquakes because of the construction of soft and weak stories. Piloti-type buildings with edge cores are two-way unsymmetric planes. This paper analyzed and obtained the dynamic response for structures modeled using a multistory two-way asymmetric system. The numerical results, obtained using the Newmark-β method, show the time-history responses and trends of maximum displacements and shear forces. The purpose of this study is to evaluate the effect of reinforcement on dynamic response when a shear wall or brace is reinforced in the corner opposite the piloti.
Halahla, Abdulsamee M.;Tahnat, Yazan B. Abu;Dwaikat, Monther B.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.3
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pp.231-243
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2022
Beam-column joints (BCJs) are recognized among the most crucial zones in reinforced concrete structures, as they are the critical elements subjected to a complex state of forces during a severe earthquake. Under such conditions, BCJs exhibit behaviors with impacts that extend to the whole structure and significantly influence its ductility and capability of dissipating energy. The focus of this paper is to investigate the effect of undamaged transverse beam (secondary beams) on the ductility of concrete BCJs reinforced with conventional steel and shape memory alloys bars using pushover analysis at tip of beam under different axial load levels at the column using a nonlinear finite element model in ABAQUS environment. A numerical model of a BCJ was constructed and the analysis outcomes were verified by comparing them to those obtained from previous experiments found in the literature. The comparison evidenced the capability of the calibrated model to predict the load capacity response of the joint. Results proved the ability of undamaged secondary beams to provide a noticeable improvement to the ductility of reinforced concrete joints, with a very negligible loss in load capacity. However, the effect of secondary beams can become less significant if the beams are damaged due to seismic effects. In addition, the axial load was found to significantly enhance the performance of BCJs, where the increase in axial load magnified the capacity of the joint. However, higher values of axial load resulted in greater initial stiffness of the BCJ.
The presented paper considers infill masonry walls' influence on the seismic reliability of precast concrete frames. The recent Bojnord earthquake on May 13th, 2017 in Iran (MW 5.4) illustrated that the infill masonry walls play a crucial role in the damage extent and life safety issues of inhabitants in the precast concrete buildings. The incremental dynamic analysis (IDA) approach was used to determine the fragility curves of the represented damaged precast frame. Then, by integrating site hazard and structural fragilities, the seismic reliability of the represented precast frame was evaluated in different damage limit states. Additionally, the static pushover analysis (SPA) approach was used to assess the seismic performance assessment of the precast frame. Bare and infilled frames were modeled as 2D frames employing the OpenSees software platform. The multi-strut macro-model method was employed for infill masonry simulation. Also, a relatively efficient and straightforward nonlinear model was used to simulate the nonlinear behavior of the precast beam-column joint. The outputs show that consideration of the masonry infilled wall effect in all spans of the structural frame leads to a decrease in the possibility of exceedance of specified damage limit states in the structures. In addition, variation of hazard curves for buildings with and without consideration of infilled walls leads to a decrease in the reliability of the building's frames with masonry infilled walls. Furthermore, the lack of infill walls in the first story significantly affects the precast concrete frame's seismic reliability and performance.
Su-Kyeong Geum;Jong-Han Lee;Dohyoung Shin;Jiyoung Min
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.591-600
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2024
This study investigated the acceleration response and shape change characteristics of a gravity quay wall according to the magnitude of the applied acceleration. The quay wall was defined as a port facility damaged by the Kobe earthquake. Four experimental scenarios were established based on the inclination condition grades, considered to be a significant defect factor in the quay wall. Then, the shaking table test was conducted using scaled-down quay wall models constructed per each scenario. The ground acceleration was gradually increased from the peak ground acceleration (PGA) of 0.1 g to 0.7 g. After each ground acceleration test, acceleration installed on the wall and backfill ground and inclination on the top of the wall were measured to assess the amplification of peak response acceleration and maximum response amplitude and the change in the inclination of the quay wall. This study also analyzed the separation of the quay wall from the backfill and the crack pattern of the backfill ground according to PGA values and inclination condition grades. The result of this study shows that response acceleration could provide a reasonable prediction for the changes in the inclination of the quay wall and the crack generation and propagation on the backfill from a current inclination condition grade.
Disproportionate collapse triggered by local structural failure may cause huge casualties and economic losses, being one of the most critical civil engineering incidents. It is generally recognized that ensuring robustness of a structure, defined as its insensitivity to local failure, is the most acceptable and effective method to arrest disproportionate collapse. To date, the concept of robustness in its definition and quantification is still an issue of controversy. This paper presents a detailed review on about 50 quantitative measures of robustness for building structures, being classified into structural attribute-based and structural performance-based measures (deterministic and probabilistic). The definition of robustness is first described and distinguished from that of collapse resistance, vulnerability and redundancy. The review shows that deterministic measures predominate in quantifying structural robustness by comparing the structural responses of an intact and damaged structure. The attribute-based measures based on structural topology and stiffness are only applicable to elastic state of simple structural forms while the probabilistic measures receive growing interest by accounting for uncertainties in abnormal events, local failure, structural system and failure-induced consequences, which can be used for decision-making tools. There is still a lack of generalized quantifications of robustness, which should be derived based on the definition and design objectives and on the response of a structure to local damage as well as the associated consequences of collapse. Critical issues and recommendations for future design and research on quantification of robustness are provided from the views of column removal scenarios, types of structures, regularity of structural layouts, collapse modes, numerical methods, multiple hazards, degrees of robustness, partial damage of components, acceptable design criteria.
Kim, Sang Ho;Kim, Byung Sik;Lee, Chang Hee;Chung, Jae Hak
Journal of Korea Water Resources Association
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v.47
no.8
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pp.717-728
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2014
In this study, we developed a depth-damage function based on flood damage survey with focusing on building damage in urban area. We designed items for the questionnaire survey to develop a depth-damage function which estimates the amount of damage based on inundation depth targeting Dongducheon, Korea, which has experienced severe inundation damage due to significant flooding in July 2011. Based on the survey of the area, we developed a depth-damage function and used this to estimate the real amount of damage on buildings in the inundation area. To assess the damage on buildings, we categorized buildings into two groups; namely residential buildings and commercial buildings. Also, in order to calculate the real amount of damage caused by flooding, properties and detailed damaged items were sub-divided into two groups for the survey; facilities loss (wall paper, floor paper, painting, electrical facilities, and boilers) and furnishing loss (furniture, electronic products, and daily necessities. We expect this study on the process for developing depth-damage function and on the investigation research for flooded area to help in the efficient implementation of all kinds of disaster management policies and the attainment of a society safe from disaster.
Park, Jeong-Hwa;Oh, Cheon-Young;Kwark, Ji-Heon;Son, Bong-Sei
Fire Science and Engineering
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v.30
no.3
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pp.55-61
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2016
In this study, to determine whether it is possible to apply Polyethylene (PE) compound pipe, which was developed to solve the problem caused by the corrosion of the fire protection piping currently in usein water based fire extinguishing systems, we performed an actual mockup fire test. Since no test standard was available related to the developed compound pipe, we compared and analyzed domestic and international technical materials and test standards and selected suitable fire test standards to evaluate the performance of the PE compound pipe. we applied two fire test standards to the PE compound pipe, viz. those for CPVC and metallic pipes, and conducted a total of 6 experiments to evaluate its performance. According to the results of the first and second fire tests based on the test standard for the CPVC pipe, neither the fitting nor the piping was damaged or deformed and no leakage was observed in the pressure test, which was performed for 5 minutes. For the fire test based on the metallic pipe test standard, a total of 4 experiments were conducted. The first two experiments were conducted to simulate the wet piping system. In the results of this fire test, neither leakage nor rupture was observed from the PE compound pipe and no damage was caused, such as the secession of the PE material. However, in the next two experiments, which simulated the dry system, the PE compound pipe suffered damage and rupture, including deformation before the fire fighting water was discharged. Therefore, we found that the piping performance of the PE compound pipe did not undergo any deterioration, including fusion, deformation, or damage, in the wet piping system simulated fire test.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.14
no.2
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pp.127-134
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2014
This study had the goal of analyzing the economic feasibility and constructability of a fire resistant curtain wall system using Light-weight Inorganic Composite Foam Board(LI-CFB). LI-CFBs, new materials with excellent fire resistance are being developed for use as the back panel of curtain wall and their fire resistance has already been analyzed through actual tests in earlier studies. In this study, a mock-up test involving the installation of the fire resistant curtain wall system on an actual building was conducted, and the system was compared with a common curtain wall system. This system is applied in the same way as a common curtain wall system. But the cutting LI-CFBs, which are brought from a factory, are used in the system and attached on the frame (mullion and transom). Even though the system requires more working time than the existing system, the LI-CFBs back panels are easy to cut and do not produce dust. Also, the panels are able to be assured the quality by checking damaged parts easily. Besides having a high level of fire resistance, the system's economic feasibility and constructability meets or exceeds those of the existing system.
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