An eigenspace projection clustering method is proposed for structural damage detection by combining projection algorithm and fuzzy clustering technique. The integrated procedure includes data selection, data normalization, projection, damage feature extraction, and clustering algorithm to structural damage assessment. The frequency response functions (FRFs) of the healthy and the damaged structure are used as initial data, median values of the projections are considered as damage features, and the fuzzy c-means (FCM) algorithm are used to categorize these features. The performance of the proposed method has been validated using a three-story frame structure built and tested by Los Alamos National Laboratory, USA. Two projection algorithms, namely principal component analysis (PCA) and kernel principal component analysis (KPCA), are compared for better extraction of damage features, further six kinds of distances adopted in FCM process are studied and discussed. The illustrated results reveal that the distance selection depends on the distribution of features. For the optimal choice of projections, it is recommended that the Cosine distance is used for the PCA while the Seuclidean distance and the Cityblock distance suitably used for the KPCA. The PCA method is recommended when a large amount of data need to be processed due to its higher correct decisions and less computational costs.
이 연구는 구조물의 내진성능평가와 관련하여, 기설구조물의 현재 상태에서의 구조손상을 추정하고, 이를 반영하여 내진성능을 평가하도록 하는 절차를 제안하였다. 구조손상 추정을 위해서는 역섭동법을 사용하였고, 역섭동법의 단점을 극복하기 위하여 부분구조법과 Tikhonov의 정규화 방법을 도입하였다. 손상된 구조물의 내진성능 평가를 위하여 구조물의 지진응답과 해당 구조물의 지진손상지수를 이용하였고, 제안 방법을 20층 예제구조물에 적용하여 손상추정 결과를 반영하는 것의 영향을 분석하였다.
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.
In this study, a wavelet-based covariance-driven system identification technique is proposed for damage assessment of structures under ambient excitation. Assuming the ambient excitation to be a white-noise process, the covariance computation is shown to be able to separate the effect of random excitation from the response measurement. Wavelet transform (WT) is then used to convert the covariance response in the time domain to the WT magnitude plot in the time-scale plane. The wavelet coefficients along the curves where energy concentrated are extracted and used to estimate the modal properties of the structure. These modal property estimations lead to the calculation of the stiffness matrix when either the spectral density of the random loading or the mass matrix is given. The predicted stiffness matrix hence provides a direct assessment on the possible location and severity of damage which results in stiffness alteration. To demonstrate the proposed wavelet-based damage assessment technique, a numerical example on a 3 degree-of-freedom (DOF) system and an experimental study on a three-story building model, which are all under a broad-band excitation, are presented. Both numerical and experimental results illustrate that the proposed technique can provide an accurate assessment on the damage location. It is however noted that the assessment of damage severity is not as accurate, which might be due to the errors associated with the mode shape estimations as well as the assumption of proportional damping adopted in the formulation.
Yesilyurt, Ali;Zulfikar, Abdullah C.;Tuzun, Cuneyt
Earthquakes and Structures
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제21권6호
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pp.627-639
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2021
Fragility curves are being more significant as a useful tool for evaluating the relationship between the earthquake intensity measure and the effects of the engineering demand parameter on the buildings. In this paper, the effect of different site conditions on the vulnerability of the structures was examined through the fragility curves taking into account different strength capacities of the precast columns. Thus, typical existing single-story precast RC industrial buildings which were built in Turkey after the year 2000 were examined. The fragility curves for the three typical existing industrial structures were derived from an analytical approach by performing non-linear dynamic analyses considering three different soil conditions. The Park and Ang damage index was used in order to determine the damage level of the members. The spectral acceleration (Sa) was used as the ground motion parameter in the fragility curves. The results indicate that the fragility curves were derived for the structures vary depending on the site conditions. The damage probability of exceedance values increased from stiff site to soft site for any Sa value. This difference increases in long period in examined buildings. In addition, earthquake demand values were calculated by considering the buildings and site conditions, and the effect of the site class on the building damage was evaluated by considering the Mean Damage Ratio parameter (MDR). Achieving fragility curves and MDR curves as a function of spectral acceleration enables a quick and practical risk assessment in existing buildings.
Due to the large volume and generally as a public building, the damage of large-span space structures under various non-conventional loads will cause greater economic losses, casualties, and social impacts, etc. Therefore, it is particularly important to evaluate the seismic performance of large-span space structures. This paper taked a multipurpose sports center as an example and considered its synergistic deformation based on the method of equivalent damping ratio. Furthermore, The ABAQUS software was used to analyze the time-history and energy response of the multipurpose sports center under the action of rare earthquakes, and proposed a quantitative damage index to assess the overall damage of the structure. Finally, the research results indicated that the maximum inter-story drift ratio of the multipurpose sports center under the action of rare earthquakes was less than its limit value. The frame beams presented different degrees of damage, but the key members were basically in an elastic state. The bearing capacity did not reach the limit value, which satisfied the intended seismic performance target. This study taked an actual case as an example and proposed a relevant damage evaluation system, which provided some reference for the analysis of the seismic performance of large-span space structures.
This study compares the seismic performances of two reinforced concrete frame specimens tested by the pseudo-dynamic procedure. The pair of 3-storey, 3-bay frames specimens are constructed with typical characteristics of older construction which is lacking seismic design. One of the specimens is a bare frame while the other is infilled with low-strength autoclave aerated concrete (AAC) block masonry. The focus of this study is to investigate the influence of low strength masonry infill walls on the seismic response of older RC frames designed for gravity loads. It is found that the presence of weak infill walls considerably reduce deformations and damage in the upper stories while their influence at the critical ground story is not all that positive. Infill walls tend to localize damage at the critical story due to a peculiar frame-infill interaction, and impose larger internal force and deformation demands on the columns and beams bounding the infills. Therefore the general belief in earthquake engineering that infills develop a second line of defence against lateral forces in seismically deficient frames is nullified in case of low-strength infill walls in the presented experimental research.
This paper provides a methodology to analyze the seismic performance of different component designs in hybrid masonry structures (HMS). HMS, comprised of masonry panels, steel frames and plate connectors is a relatively new structural system with potential applications in high seismic areas. HMS dissipate earthquake energy through yielding in the steel components and damage in the masonry panels. Currently, there are no complete codes to assist with the design of the energy dissipation components of HMS and there have been no computational studies performed to aid in the understanding of the system energy dissipation mechanisms. This paper presents parametric studies based on calibrated computational models to extrapolate the test data to a wider range of connector strengths and more varied reinforcement patterns and reinforcement ratios of the masonry panels. The results of the numerical studies are used to provide a methodology to examine the effect of connector strength and masonry panel design on the energy dissipation in HMS systems. We use as test cases two story structures subjected to cyclic loading due to the availability of experimental data for these configurations. The methodology presented is however general and can be applied to arbitrary panel geometries, and column and story numbers.
In recent years, multifractal-based analysis methods have been widely applied in engineering. Among these methods, multifractal detrended cross-correlation analysis (MFDXA), a branch of fractal analysis, has been successfully applied in the fields of finance and biomedicine. For its great potential in reflecting the subtle characteristic among signals, a structural health monitoring (SHM) system based on MFDXA is proposed. In this system, damage assessment is conducted by exploiting the concept of multifractal theory to quantify the complexity of the vibration signal measured from a structure. According to the proposed algorithm, the damage condition is first distinguished by multifractal detrended fluctuation analysis. Subsequently, the relationship between the q-order, q-order detrended covariance, and length of segment is further explored. The dissimilarity between damaged and undamaged cases is visualized on contour diagrams, and the damage location can thus be detected using signals measured from different floors. Moreover, a damage index is proposed to efficiently enhance the SHM process. A seven-story benchmark structure, located at the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE), was employed for an experimental verification to demonstrate the performance of the proposed SHM algorithm. According to the results, the damage condition and orientation could be correctly identified using the MFDXA algorithm and the proposed damage index. Since only the ambient vibration signal is required along with a set of initial reference measurements, the proposed SHM system can provide a lower cost, efficient, and reliable monitoring process.
This study was intended to analyze how well people with right hemisphere damage can understand Korean proverbs. This study used a between-subject design and within-subjects design where all subjects participate in the three experiments for 10 hospitalized patients of whose average age is 66.1 years old and 10 normal adults in the same age range. Experiment 1 was to make up Korean proverb related stories and suggest it in written, Experiment II was to suggest a picture presenting a Korean proverb and the proverb itself directly, and Experiment III was to make up a story related to a Korean proverb and tell it auditory. Five Korea proverbs were used for each experiment; 15 in total. The results were as follows: First, there was a significant difference in understanding of Korean proverbs between normal adults and people with right hemisphere damage. Second, there was no significant difference of understanding between them by stimulating methods to suggest Korean proverbs. Third, people with right hemisphere damage had a tendency to interpret Korean proverbs literally as a total wrong reaction was composed of 55.36%. Considering the above the results, it can be said that people with right hemisphere damage have less understanding of Korean proverbs than normal adults, which is not affected by a way of or a condition of suggesting Korean proverbs in people with RHD, and they are inclined to make literal interpretation of Korean proverbs as they are.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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