Recently, some integrated structural identification/damage detection and reliability evaluation of structures with uncertainties have been proposed. However, these techniques are applicable for off-line synthesis of structural identification and reliability evaluation. In this paper, based on the recursive formulation of the extended Kalman filter, an on-line integration of structural identification/damage detection and reliability evaluation of stochastic building structures is investigated. Structural limit state is expanded by the Taylor series in terms of uncertain variables to obtain the probability density function (PDF). Both structural component reliability with only one limit state function and system reliability with multi-limit state functions are studied. Then, it is extended to adopt the recent extended Kalman filter with unknown input (EKF-UI) proposed by the authors for on-line integration of structural identification/damage detection and structural reliability evaluation of stochastic building structures subject to unknown excitations. Numerical examples are used to demonstrate the proposed method. The evaluated results of structural component reliability and structural system reliability are compared with those by the Monte Carlo simulation to validate the performances of the proposed method.
With the increasing diversity of internet media, available video data have become more convenient and abundant. Related video data-based research has advanced rapidly in recent years owing to advantages such as noncontact, low-cost data acquisition, high spatial resolution, and simultaneity. Additionally, structural nonlinearity extraction has attracted increasing attention as a tool for damage evaluation. This review paper aims to summarize the research experience with the recent developments and applications of video data-based technology for structural nonlinearity extraction and damage evaluation. The most regularly used object detection images and video databases are first summarized, followed by suggestions for obtaining video data on structural nonlinear damage events. Technologies for linear and nonlinear system identification based on video data are then discussed. In addition, common nonlinear damage types in disaster events and prevalent processing algorithms are reviewed in the section on structural damage evaluation using video data uploaded on online platform. Finally, a discussion regarding some potential research directions is proposed to address the weaknesses of the current nonlinear extraction technology based on video data, such as the use of uni-dimensional time-series data as leverage to further achieve nonlinear extraction and the difficulty of real-time detection, including the fields of nonlinear extraction for spatial data, real-time detection, and visualization.
At present, the traditional concrete surface inspection methods based on artificial vision have the problems of high cost and insecurity, while the computer vision methods rely on artificial selection features in the case of sensitive environmental changes and difficult promotion. In order to solve these problems, this paper introduces deep learning technology in the field of computer vision to achieve automatic feature extraction of structural damage, with excellent detection speed and strong generalization ability. The main contents of this study are as follows: (1) A method based on DeepLabV3+ convolutional neural network model is proposed for surface detection of post-earthquake structural damage, including surface damage such as concrete cracks, spaling and exposed steel bars. The key semantic information is extracted by different backbone networks, and the data sets containing various surface damage are trained, tested and evaluated. The intersection ratios of 54.4%, 44.2%, and 89.9% in the test set demonstrate the network's capability to accurately identify different types of structural surface damages in pixel-level segmentation, highlighting its effectiveness in varied testing scenarios. (2) A semantic segmentation model based on DeepLabV3+ convolutional neural network is proposed for the detection and evaluation of post-earthquake structural components. Using a dataset that includes building structural components and their damage degrees for training, testing, and evaluation, semantic segmentation detection accuracies were recorded at 98.5% and 56.9%. To provide a comprehensive assessment that considers both false positives and false negatives, the Mean Intersection over Union (Mean IoU) was employed as the primary evaluation metric. This choice ensures that the network's performance in detecting and evaluating pixel-level damage in post-earthquake structural components is evaluated uniformly across all experiments. By incorporating deep learning technology, this study not only offers an innovative solution for accurately identifying post-earthquake damage in civil engineering structures but also contributes significantly to empirical research in automated detection and evaluation within the field of structural health monitoring.
This paper presents the perspective of the Structural Mechanics program of the Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) on the damage assessment of structures for the period 2006-2009 when the author was serving as Program Manager at AFOSR. It is found that damage assessment of structures plays a very important role in assuring the safety and operational readiness of US Air Force fleet. The current fleet has many aging aircraft, which poses a considerable challenge for the operators and maintainers. The nondestructive evaluation technology is rather mature and able to detect damage with considerable reliability during the periodic maintenance inspections. The emerging structural health monitoring methodology has great potential, because it will use on-board damage detection sensors and systems, will be able to offer on-demand structural health bulletins. Considerable fundamental and applied research is still needed to enable the development, implementation, and dissemination of structural health monitoring technology.
In this paper, the applicability of strain data to a strain-energy-based damage evaluation methodology in detecting damage in a beam-like structure is demonstrated. For the purpose of this study, one of the premier damage evaluation methodology based on modal amplitudes, the damage index method, is expanded to accomodate strain data, and the numerical and experimental verifications are conducted using numerical and experimental data. To compare the relative performance of damage detection, the damage evaluation using acceleration data is also performed for the same damage scenarios. The experimental strain and acceleration data are extracted from laboratory static and dynamic tests. The numerical and experimental studies show that the strain data as well as acceleration data can be utilized in detecting damage.
The objective of this study is to propose new seismic intensity parameters based on the Hilbert spectrum and to associate them with the seismic damage potential. In recent years the assessment of even more seismic features derived from the seismic acceleration time-histories was associated with the structural damage. For a better insight into the complex seismic acceleration time-history, Hilbert-Huang Transform (HHT) analysis is utilized for its processing, and the Hilbert spectrum is obtained. New proposed seismic intensity parameters based on the Hilbert spectrum are derived. The aim is to achieve a significant estimation of the seismic damage potential on structures from the proposed new intensity parameters confirmed by statistical methods. Park-Ang overall structural damage index is used to describe the postseismic damage status of structures. Thus, a set of recorded seismic accelerograms from all over the word is applied on a reinforced concrete frame structure, and the Park-Ang indices through nonlinear dynamic analysis are provided and considered subsequently as reference numerical values. Conventional seismic parameters, with well-known seismic structural damage interrelation, are evaluated for the same set of excitations. Statistical procedures, namely correlation study and multilinear regression analysis, are applied on the set of the conventional parameters and the set of proposed new parameters separately, to confirm their interrelation with the seismic structural damage. The regression models are used for the evaluation of the structural damage indices for every set of parameters, respectively. The predicted numerical values of the structural damage indices evaluated from the two sets of seismic intensity parameters are inter-compared with the reference values. The numerical results confirm the ability of the proposed Hilbert spectrum based new seismic intensity parameters to approximate the postseismic structural damage with a smaller Standard Error of Estimation than this accomplished of the conventional ones.
복합재 날개 구조물에 대한 구조 건전성 및 손상을 평가하기 위하여 정적 구조강도시험에 음향방출(AE)법이 응용되었다. 시험중 스트레인과 변위측정기법을 통하여 정적구조강도를 확인하였고, 음향방출요소 분석과 위치표정기법을 통하여 구조물의 내부 손상을 평가하고 손상위치를 찾을 수 있었다. 시험은 설계제한하중시험, 2차에 걸친 설계극한 하중시험, 파단시험이 수행되었다. 주요한 AE신호는 front lug근처의 표면에 부착된 센서에 의하여 감지되었다. 특히 1차 설계극한하중시험에서 스트레인 및 변위결과는 내부 손상을 보이지 않았으나 AE신호는 내부 손상이 이미 형성된 현상을 나타내었다. 파단시험에서는 AE활성도가 매우 활발하였고, 스트레인 및 변위의 결과는 심한 손상에 의하여 하중경로가 바뀌는 경향을 나타내었다. 음향방출법을 적용하여 정적 구조시험이 진행되는 동안 내부손상이 발생되는 하중과 위치를 정확하게 평가할 수 있었다. 본 연구로부터 음향방출법은 정적 구조강도시험에 있어 내부 손상을 평가하는데 유용한 기법임이 확인되었다.
This study surveyed damage to small and medium-sized RC slab bridges, the largest in number in Korea. Four common types of damage were identified, and their static and dynamic structural behaviors were examined through structural analysis. The degree of damage was selected as an analysis parameter for three superstructures of RC slab bridges. After structural analysis, a damage assessment process was proposed that can be used as the basis for establishing maintenance yplans for these bridges. The results of the present study can be used for the safety management of RC slab bridges, classified as bridges suspected of safety flaws or requiring maintenance in load-carrying capacity tests.
The primary objectives of this research are to investigate the energy factor response of steel moment resisting frame (MRF) systems equipped with fuses subject to ground motions and to develop an energy-based evaluation approach for evaluating the damage-control behavior of the system. First, the energy factor of steel MRF systems with fuses below the resilience threshold is derived utilizing the energy balance equation considering bilinear oscillators with significant post-yielding stiffness ratio, and the effect of structural nonlinearity on the energy factor is investigated by conducting a parametric study covering a wide range of parameters. A practical transformation approach is also proposed to associate the energy factor of steel MRF systems with fuses with classic design spectra based on elasto-plastic systems. Then, the energy balance is extended to structural systems, and an energy-based procedure for damage-control evaluation is proposed and a damage-control index is also derived. The approach is then applied to two types of steel MRF systems with fuses to explore the applicability for quantifying the damage-control behavior. The rationality of the proposed approach and the accuracy for identifying the damage-control behavior are demonstrated by nonlinear static analyses and incremental dynamic analyses utilizing prototype structures.
A structural integrity evaluation program (STEP) was developed for the high temperature reactor design evaluation according to the ASME Boiler and Pressure Vessel Code (ASME B&PV), Section III, Rules for Construction of Nuclear Facility Components, Division 5, High Temperature Reactors, Subsection HB. The program computerized HBB-3200 (the design by analysis procedures for primary stress intensities in high temperature services) and Appendix T (HBB-T) (the evaluation procedures for strain, creep and fatigue in high temperature services). For evaluation, the material properties and isochronous curves presented in Section II, Part D and HBB-T were computerized for the candidate materials for high temperature reactors. The program computerized the evaluation procedures and the constants for the weldment. The program can generate stress/temperature time histories of various loads and superimpose them for creep damage evaluation. The program increases the efficiency of high temperature reactor design and eliminates human errors due to hand calculations. Comparisons that verified the evaluation results that used the STEP and the direct calculations that used the Excel confirmed that the STEP can perform complex evaluations in an efficient and reliable way. In particular, fatigue and creep damage assessment results are provided to validate the operating conditions with multiple types of cycles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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