Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.11
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pp.1144-1151
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2012
A damage in structure alters its dynamic characteristics. The change is characterized by changes in the modal parameter, i.e., modal frequencies, modal damping value and mode shape associated with each modal frequency. Changes also occur in some of the structural parameters; namely, the mass, damping, stiffness matrices of the structure. In this paper, evaluation of changes in stiffness matrix of a structure is presented as a method not only for identifying the presence of the damage but also locating the damage. It is shown that changed stiffness matrix can be accurately estimated a sensitivity coefficient matrix derived from modifying mode shapes, First, with 4 story shear structure models, the effect of presence of damage in a structure on its stiffness matrix is studied. By using these analytical model, the effectiveness of using change of stiffness matrix in detecting and locating damages is demonstrated. To validate the predicted changing stiffness and its location, the obtained results are compared to the reanalysis result which shows good agreement.
A challenging problem in structural damage detection based on vibration data is the requirement of a large number of sensors and the numerical difficulty in obtaining reasonably accurate results when the system is large. To address this issue, the substructure identification approach may be used. Due to practical limitations, the response data are not available at all degrees of freedom of the structure and the external excitations may not be measured (or available). In this paper, an adaptive damage tracking technique, referred to as the sequential nonlinear least-square estimation with unknown inputs and unknown outputs (SNLSE-UI-UO) and the sub-structure approach are used to identify damages at critical locations (hot spots) of the complex structure. In our approach, only a limited number of response data are needed and the external excitations may not be measured, thus significantly reducing the number of sensors required and the corresponding computational efforts. The accuracy of the proposed approach is illustrated using a long-span truss with finite-element formulation and an 8-story nonlinear base-isolated building. Simulation results demonstrate that the proposed approach is capable of tracking the local structural damages without the global information of the entire structure, and it is suitable for local structural health monitoring.
This paper summarizes an experimental study on the seismic behavior of lower stories of a mid-rise reinforced concrete frame building. Two reinforced concrete frames with two stories and one span were tested and each frame represents lower two stories of an 11-story RC frame building. Both frames were designed in accordance with Japanese design guidelines and were identical except in the variation of axial force. The tests demonstrated that the overall load-displacement relations of the two frames were nearly the same and the first-story column shear was closely related to the column axial load. The columns and beams elongated during both of the tests, with the second-floor beam elongation exceeding 1.5% of the beam clear span length. The frame with higher axial loads developed more cracks that the frame under moderate axial load.
The proposed building upgrading technique employs prestressing cables to function as bracing to improve the seismic performance during future events. A four-story reinforced concrete moment resisting frame damaged from an ultimate limit state earthquake is assessed and upgraded using the proposed technique. Both existing and upgraded buildings are evaluated in regard of seismic performance parameters performing static lateral load to collapse analysis and dynamic nonlinear time history analysis as well. To obtain realistic comparison of seismic performance between existing and upgraded frames, each frame is subjected to its critical ground motion that has strength demand exceeding the building strength supply. Furthermore, reliability of static lateral load to collapse analysis as a substitute to time history analysis is evaluated. The results reveal that the proposed upgrading technique improves the stiffness distribution compared to the ideal distribution that gives equal inter-story drift. As a result, the upgraded building retains more stories that contribute to energy dissipation. The overall behavior of upgraded building beyond yield is also enhanced due to the gradual change of building stiffness as the lateral load increases.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.388-395
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1999
There occurred a moderate size earthquake of M=5 at Whagae-Myun Hadong-Gun Kyongsangnam-Do of Korea, It caused severe damage to the buildings and other structures is Sang-Gye-Sa a famous and beautiful Buddhist Temple, The 5-story stone pagoda was standing in front of Keumdang. The top component tipped over and fell to the ground during the earthquake. In order to have accurate and quantitative estimate of the intensity of earthquake a full-scale replica is made through rigorous verification process, The completed model was mounted on the shaking table and subjected to th seismic tests. It was observed that the top component overturned at 0.16 G of EPGA when the NS component of the 1940 el Centro earthquake records was used as the input motion. A brief history of this project is presented and important test results are report6ed and their implication is discussed.
Javidan, Mohammad Mahdi;Nasab, Mohammad Seddiq Eskandari;Kim, Jinkoo
Steel and Composite Structures
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v.39
no.5
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pp.645-664
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2021
There is a growing need of seismic retrofit of existing non-seismically designed structures in Korea after the 2016 Gyeongju and 2017 Pohang earthquakes, especially school buildings which experienced extensive damage during those two earthquakes. To this end, a steel multi-slit damper (MSD) was developed in this research which can be installed inside of partition walls of school buildings. Full-scale two-story RC frames were tested with and without the proposed dampers. The frames had structural details similar to school buildings constructed in the 1980s in Korea. The details of the experiments were described in detail, and the test results were validated using the analysis model. The developed seismic retrofit strategy was applied to a case study school building structure, and its seismic performance was evaluated before and after retrofit using the MSD. The results show that the developed retrofit strategy can improve the seismic performance of the structure to satisfy a given target performance level.
Irregularities in the structure are crucial factors in screening structural vulnerability under extreme loadings. Numerical analyses were carried out considering wind and seismic loadings for four structures with discrete irregularity: continuous and discontinuous beams with varied story levels, and L-shaped irregular buildings. Structural responses such as maximum displacements, bending moments, axial forces, torsions, and story drifts are evaluated as per the criteria and limits defined by ACI 318. The outcomes indicate that the frame system with beam discontinuity on the upper half of the height exhibits the best structural performance. The results also indicate that the asymmetrical design of the L-shaped model makes it more susceptible to damage when subjected to strong lateral loading conditions.
The most efficient measures to reduce damage from natural disasters include activities which prevent disasters in advance, decrease possibility of disasters and minimize the scale of damage. Therefore, developing of the risk assessment model is very important to reduce the natural disaster damage. This study estimated a typhoon damage which is the biggest damage scale among increased natural disasters in Korea along with climate change. The results of 3-second gust at the height of 10m level from the typhoon 'Maemi' which did considerable damage to Korean in 2003, using the wind data at the height of 700 hPa. September 12th 09 LST~13th 12 LST period by the time a typhoon Maemi approached to the Korean peninsula. This study estimate damage amount using 'Fragility curve' which is the damage probability curve about a certain wind speed of the each building component factors based on wind load estimation results by using 3-second gust. But the fragility curve is not to Korea. Therefore, we use the fragility curves to FPHLM(FDFS, 2005). The result of houses damage amount is about 11 trillion 5 million won. This values are limit the 1-story detached dwelling, $62.51\sim95.56\;m^2$ of total area. Therefore, this process is possible application to other type houses.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.9-20
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1999
A method is proposed to estimate the joint damages of a steel structure from modal data using the neural networks technique. The beam-to-column connection in a steel frame structure is represented by a zero-length rotational spring of the end of the beam element, and the connection fixity factor is defined based on the rotational stiffness so that the factor may be in the range 0~1.0. Then, the severity of joint damage is defined as the reduction ratio of the connection fixity factor. Several advanced techniques are employed to develop the robust damage identification technique using neural networks. The concept of the substructural indentification is used for the localized damage assessment in the large structure. The noise-injection learning algorithm is used to reduce the effects of the noise in the modal data. The data perturbation scheme is also employed to assess the confidence in the estimated damages based on a few sets of actual measurement data. The feasibility of the proposed method is examined through a numerical simulation study on a 2-bay 10-story structure and an experimental study on a 2-story structure. It has been found that the joint damages can be reasonably estimated even for the case where the measured modal vectors are limited to a localized substructure and the data are severely corrupted with noise.
Moradipour, Parviz;Chan, Tommy H.T.;Gallag, Chaminda
Structural Engineering and Mechanics
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v.54
no.1
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pp.105-119
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2015
Structural damage detection using modal strain energy (MSE) is one of the most efficient and reliable structural health monitoring techniques. However, some of the existing MSE methods have been validated for special types of structures such as beams or steel truss bridges which demands improving the available methods. The purpose of this study is to improve an efficient modal strain energy method to detect and quantify the damage in complex structures at early stage of formation. In this paper, a modal strain energy method was mathematically developed and then numerically applied to a fixed-end beam and a three-story frame including single and multiple damage scenarios in absence and presence of up to five per cent noise. For each damage scenario, all mode shapes and natural frequencies of intact structures and the first five mode shapes of assumed damaged structures were obtained using STRAND7. The derived mode shapes of each intact and damaged structure at any damage scenario were then separately used in the improved formulation using MATLAB to detect the location and quantify the severity of damage as compared to those obtained from previous method. It was found that the improved method is more accurate, efficient and convergent than its predecessors. The outcomes of this study can be safely and inexpensively used for structural health monitoring to minimize the loss of lives and property by identifying the unforeseen structural damages.
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