Lin, Tzu-Kang;Yu, Li-Chen;Ku, Chang-Hung;Chang, Kuo-Chun;Kiremidjian, Anne
Smart Structures and Systems
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v.8
no.1
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pp.119-137
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2011
A bio-inspired two-mode structural health monitoring (SHM) system based on the Na$\ddot{i}$ve Bayes (NB) classification method is discussed in this paper. To implement the molecular biology based Deoxyribonucleic acid (DNA) array concept in structural health monitoring, which has been demonstrated to be superior in disease detection, two types of array expression data have been proposed for the development of the SHM algorithm. For the micro-vibration mode, a two-tier auto-regression with exogenous (AR-ARX) process is used to extract the expression array from the recorded structural time history while an ARX process is applied for the analysis of the earthquake mode. The health condition of the structure is then determined using the NB classification method. In addition, the union concept in probability is used to improve the accuracy of the system. To verify the performance and reliability of the SHM algorithm, a downscaled eight-storey steel building located at the shaking table of the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) was used as the benchmark structure. The structural response from different damage levels and locations was collected and incorporated in the database to aid the structural health monitoring process. Preliminary verification has demonstrated that the structure health condition can be precisely detected by the proposed algorithm. To implement the developed SHM system in a practical application, a SHM prototype consisting of the input sensing module, the transmission module, and the SHM platform was developed. The vibration data were first measured by the deployed sensor, and subsequently the SHM mode corresponding to the desired excitation is chosen automatically to quickly evaluate the health condition of the structure. Test results from the ambient vibration and shaking table test showed that the condition and location of the benchmark structure damage can be successfully detected by the proposed SHM prototype system, and the information is instantaneously transmitted to a remote server to facilitate real-time monitoring. Implementing the bio-inspired two-mode SHM practically has been successfully demonstrated.
Installing accelerometers in a building is an effective way to know how the building shakes when an earthquake happens. In this paper, we will introduce an example of an analysis that captures the acceleration reduction effect of the vibration damping device using data observed by the accelerometer at Roppongi Hills Mori Tower in Minato-ku, Tokyo, during the Great East Japan Earthquake on March 11, 2011. Moreover, as the latest effort, from the standpoint of a developer who builds and operates a number of high-rise buildings in Japan, where frequent earthquakes are experienced, a system for real-time processing of accelerometer data was developed to instantly diagnose the degree of damage to high-rise buildings, and the actual system of earthquake damage health monitoring is discussed. This system is currently in operation in twelve high-rise buildings including Roppongi Hills Mori Tower.
This paper focuses on the dynamic behaviour of Mirandola City Hall (a XV century Renaissance Palace) that was severely damaged during May 2012 Emilia earthquake in Northern Italy. Experimental investigations have been carried out on this monumental building. Firstly, detailed investigations have been carried out to identify the identification of the geometry of the main constructional parts as well as the mechanical features of the constituting materials of the palace. Then, Ambient Vibration Tests (AVT) have been applied, for the detection of the main dynamic features. Three output-only identification methods have been compared: (i) the Frequency Domain Decomposition, (ii) the Random Decrement (RD) and the (iii) Eigensystem Realization Algorithm (ERA). The modal parameters of the Palace were difficult to be identified due to the severe structural damage; however the two bending modes in the perpendicular directions were identified. The comparison of the three experimental techniques showed a good agreement confirming the reliability of the three identification methods.
The specific characteristics of near-field earthquake records can lead to different dynamic responses of bridges compared to far-field records. However, the effect of near-field strong ground motion has often been neglected in the seismic performance assessment of the bridges. Furthermore, damage to horizontally curved multi-frame RC box-girder bridges in the past earthquakes has intensified the potential of seismic vulnerability of these structures due to their distinctive dynamic behavior. Based on the nonlinear time history analyses in OpenSEES, this article, assesses the effects of near-field versus far-field earthquakes on the seismic performance of horizontally curved multi-frame RC box-girder bridges by accounting the vertical component of the earthquake records. Analytical seismic fragility curves have been derived thru considering uncertainties in the earthquake records, material and geometric properties of bridges. The findings indicate that near-field effects reasonably increase the seismic vulnerability in this bridge sub-class. The results pave the way for future regional risk assessments regarding the importance of either including or excluding near-field effects on the seismic performance of horizontally curved bridges.
Structural health monitoring has drawn great attention in the field of civil engineering in past two decades. These structural health monitoring methods evaluate structural integrity through high-quality sensor measurements of structures. Due to electronic deterioration or aging problems, sensors may yield biased signals. Therefore, the objective of this study is to develop a fault detection method that identifies malfunctioning sensors in a sensor network. This method exploits the autoregressive modeling technique to generate a bank of Kalman estimators, and the faulty sensors are then recognized by comparing the measurements with these estimated signals. Three types of faults are considered in this study including the additive, multiplicative, and slowly drifting faults. To assess the effectiveness of detecting faulty sensors, a numerical example is provided, while an experimental investigation with faults added artificially is studied. As a result, the proposed method is capable of determining the faulty occurrences and types.
Jeong, Chan Ho;Park, Jun Sik;Lee, Yong Cheon;Lee, Yu Jin;Yang, Jae Ha;Kim, Young Suk;Ou, Song Min
The Journal of Engineering Geology
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v.28
no.2
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pp.313-324
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2018
In order to study the earthquake precursor in the Korean peninsula, long-term variations of chemical composition, radon-222, and water level were measured at depths (-60 m, -100 m) in the groundwater monitoring wells of the Daejeon and the Cheongwon area. The pH and electrical conductivity of groundwater in the monitoring wells showed some relationship with the Pohang earthquake. The ${HCO_3}^-$ and $Cl^-$ concentration of groundwater in the Daejeon and $Mg^{2+}$, $Cl^-$ and ${NO_3}^-$ in the Cheongwon showed some relation with the Pohang earthquake. However, it is not distinct to find the relationship between their variation and earthquake. The radon-222 concentration in Daejeon was observed a significant increase from a minimum of 162 Bq/L prior to the earthquake to 573 Bq/L right after the earthquake, that indicating a strong correlation with earthquakes. In the case of groundwater levels, it can not find some correlation between earthquakes and continuous decreasing trend in the monitoring wells of Daejeon and Cheongwon area. However, water level of a national groundwater observation well within 10 kilometers of Pohang epicenter was recorded as an abrupt drop right before the earthquake. Conclusively, although the location of monitoring wells is more than 180 kilometers apart from the epicenter of the Pohang earthquake, the radon gas in groundwater can be considered as a reliable candidate among earthquake precursors. The pH, electrical conductivity, ${HCO_3}^-$ and $Cl^-$ among hydrochemicals showed some correlation with earthquake should be monitored during a longer term to recognize distinctly as a precursor of earthquake.
The engineering background of this article is an ancient wooden building with extremely high historic and cultural values in Tibet. A full understanding of the dynamic behaviour of this historic building under in-service environments is the basis to assess the condition of the structure, especially its responses to earthquake, environmental and operational loading. A dynamic monitoring system has been installed in the building for over one year and the large amounts of high quality data have been obtained. The paper aims at studying the dynamic behaviour of the wooden building in seismic and operational conditions using the field monitoring data. Specifically the effects of earthquake and crowd loading on the structure's dynamic response are investigated. The monitoring data are decomposed into principal components using the Singular Spectrum Analysis (SSA) technique. The relationship between the average acceleration amplitude and frequencies of the principle components and operational conditions has been discussed. One main contribution is to understand the health condition of complex ancient building based on large databases collected on the field.
This study is aimed at identifying structural element stiffness influence on vertical earthquake response of mid-rise R/C frame buildings. To this aim, a mid-rise RC building structure is designed as per the new Turkish Seismic Code for Buildings-2018, and 3D FE model of the building is established. Based on the established FE model, a total number of six buildings are considered depending on certain percentage increase in beam, slab, and column. The time-history response analyses (THA) are performed separately for only horizontal (H) and horizontal +vertical (H+V) earthquake motions to make a comparison between the load cases. The analysis results are presented comparatively in terms of the monitoring parameters of the base overturning moment (Mo), the top-story lateral displacement (dL) and the top-story vertical displacement (dV). The obtained results reveal that the base overturning moment and the top-story vertical displacement are affected by vertical earthquake motion regardless of the increase in the dimension of beam, slab, and column. However, vertical earthquake motion is not effective on the top-story lateral displacement due to no change between H and H+V load. The dimensional increase in either slab or beam leads to a considerable increase in the base overturning moment and the top-story vertical displacement while causing decrease in the top-story lateral displacement. In addition, the dimensional increase in column has a positive effect on the decrease in the monitoring parameters of the base overturning moment (Mo), the top-story lateral displacement (dL) and the top-story vertical displacement (dV).
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.49-56
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2000
Instrumental observation of earth quakes in KIGAM was first attempted in the earty 1980`s by using 6 portable seismographs in the vicinity of Yang-San Faults. Now twenty-four permanent stations, which are equipped with short-period or broad-band seismometer, are included in seismic research network in KIGAM, including KSRS array station in Wonju which is consisted of 26 bore-hole stations. The seismic network of KIGAM is also linked to that of KEPRI(Korea Electric Power Research Institute)which is consisted of eight stations installed within and around the nuclear power plants. Owing to real-time data acquisition by telemetry, it became feasible to automatically locate hypocenters of the local events within fifteen minutes by computer data processing system, named KEMS(Korea Earthquake Monitoring System). Results of the hypocenter determination, together with observational data, are compiled and stored in the data base system. And they are published via web site whose URL is http://quake.kigam.re.kr KIGAM is also running t재 permanent geomagnetic stations installed in Daejun and Kyungju. The observed geomagnetic data are transmitted to Earthquake Research Centre in KIGAM by seismic network and compiled for the purpose of earthquake prediction research and other basic geophysical research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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