Karayannis, Chris G.;Voutetaki, Maristella E.;Chalioris, Constantin E.;Providakis, Costas P.;Angeli, Georgia M.
Smart Structures and Systems
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v.15
no.4
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pp.997-1018
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2015
Structural health monitoring along with damage detection and assessment of its severity level in non-accessible reinforced concrete members using piezoelectric materials becomes essential since engineers often face the problem of detecting hidden damage. In this study, the potential of the detection of flexural damage state in the lower part of the mid-span area of a simply supported reinforced concrete beam using piezoelectric sensors is analytically investigated. Two common severity levels of flexural damage are examined: (i) cracking of concrete that extends from the external lower fiber of concrete up to the steel reinforcement and (ii) yielding of reinforcing bars that occurs for higher levels of bending moment and after the flexural cracking. The purpose of this investigation is to apply finite element modeling using admittance based signature data to analyze its accuracy and to check the potential use of this technique to monitor structural damage in real-time. It has been indicated that damage detection capability greatly depends on the frequency selection rather than on the level of the harmonic excitation loading. This way, the excitation loading sequence can have a level low enough that the technique may be considered as applicable and effective for real structures. Further, it is concluded that the closest applied piezoelectric sensor to the flexural damage demonstrates higher overall sensitivity to structural damage in the entire frequency band for both damage states with respect to the other used sensors. However, the observed sensitivity of the other sensors becomes comparatively high in the peak values of the root mean square deviation index.
Gunaydin, Murat;Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet Can;Sevim, Baris;Turker, Emel
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.405-429
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2014
In this paper, it is aimed to determine the structural behavior of suspension bridges considering construction stages and different soil conditions. Bosporus Suspension Bridge connecting the Europe and Asia in Istanbul is selected as an example. Finite element model of the bridge is constituted using SAP2000 program considering existing drawings. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta large displacement criterion. The time dependent material strength of steel and concrete and geometric variations is included in the analysis. Time dependent material properties are considered as compressive strength, aging, shrinkage and creep for concrete, and relaxation for steel. To emphases the soil condition effect on the structural behavior of suspension bridges, each of hard, medium and soft soils are considered in the analysis. The structural behavior of the bridge at different construction stages and different soil conditions has been examined. Two different finite element analyses with and without construction stages are carried out and results are compared with each other. At the end of the analyses, variation of the displacement and internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge deck and towers are given in detail. Also, displacement and stresses for bridge foundation are given with detail. It can be seen from the analyses that there are some differences between both analyses (with and without construction stages) and the results obtained from the construction stages are bigger. It can be stated that the analysis without construction stages cannot give the reliable solutions. In addition, soil condition have effect on the structural behavior of the bridge. So, it is thought that construction stage analysis using time dependent material properties, geometric nonlinearity and soil conditions effects should be considered in order to obtain more realistic structural behavior of suspension bridges.
The seismic vulnerability of skewed bridges had been observed in many past earthquakes. Researchers have found that the in-plane rotation of the girders was one of the main reasons for the vulnerability of these types of bridges. To date, not many experimental works have been done on this topic, especially those including pounding between adjacent structures. In this study, shake table tests were performed on a bridge-abutment system consisting of a straight, $30^{\circ}$, and $45^{\circ}$ bridge with and without considering pounding. Skewed bridges with the same fundamental frequency and those having the same girder mass as the straight bridge were studied. Under the loadings considered, skewed bridges with the same frequency as the straight tend to have smaller responses than those with the same mass. The average maximum bending moment developed in the piers of the $30^{\circ}$ bridge with the same mass as that of the straight when pounding was not considered was 1.6 times larger than when the frequencies were the same. It was also found that the NZTA recommendations for the seat lengths of skewed bridges could severely underestimate the relative displacements of these types of bridges in the transverse direction, especially when pounding occurs. In the worst case, the average transverse displacement of the $45^{\circ}$ bridge was about 2.6 times the longitudinal displacement of the straight, which was greatly over the limit suggested by the NZTA of 1.25 times.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.17
no.4
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pp.3921-3930
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1975
This research was carried out to investigate several mechanical characteristics of pre-stressed steel beams. The configuration of specimens used for this study were as follows; a cover plate having permissible fiber stress of 4,000 kg/$\textrm{cm}^2$ was welded at bottom having the allowable bending stress 2500 kg/$\textrm{cm}^2$ steel beam, the section ratios of pre-stressed steel beam and cover plate were 0.5 and 0.6. Adopted pre-stresses were 0%, 50%, and 100% of an allowable fiber stress of a steel beam. The results obtained from the study may be summarized as follows; 1. The elastic range of a beam was increased by the application of pre-stress to the beam, which leads to a lighter section. 2. The permissible moment capacity of a pre-stressed steel beam was greated than that of a steel beam without pre-stressing. 3. The equivalent allowable stress induced by adopting the different section ratio of pre-stressed beam to cover plate were figured out 4. The optimum value of section ratio of beam and cover plate was 0.3 to 0.4 in case of a 1.5m span composite beam, a combination of an allowable stress 2,500kg/$\textrm{cm}^2$ steel beam and a permissible fiber stress 4,000 kg/$\textrm{cm}^2$ steel cover plate, was used. 5. The magnitude of the pre-stress was desirable to be same as the allowable stress of a steel beam. 6. It was concluded that if the construction techniques in the field are developed and improved, the practicing of pre-stress to the steel structure has a promising future.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.75-83
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2004
Ice rubble pieces broken by the bow impact load and side hull of an icebreaking vessel usually pass along the ship's bottom hull and may hit the propeller/rudder or other stern structures causing serious damage to ship's hull . Therefore it is important to estimate the size of broken ice pieces during the icebreaking process. The dynamic interaction process of icebreaker with infinite ice sheet is simplified as a wedge type beam of finite length supported by elastic foundation. The wedge type ice beam is leaded with vertical impact forces due to the inclined bow stem of icebreaking vessels. The numerical model provides locations of maximum dynamic bending moment where extreme tensile stress arises and also possible fracture occurs. The model can predict a failure length of broken ice sheet given design parameters. The results are compared to Nevel(1961)'s analytical solution for static load and observed pattern of ice sheet failure onboard an icebreaker. Also by comparing computed failure length with the characteristic length, the meaning of ice rubble sizes is discussed.
THe purpose of this paper is to suggest the analytical method which can predict lateral nonlinear behavior in non-homogeneous soil using the coefficient of soil resistance and ultimate soil resistance. Those parameters are obtained through back analysis on the base of the results of a series of model tests.Analytical method of Chang is more or less difficult to predict nonlinear behavior in non-homogeneous sol. So, in this study, for the prediction of nonlinear behavior the compositive analytical method which apply the p - y curve to Chang model is suggested. Also, the program is developed to predict nonlinear behavior using the compositive analytical method and it can be used to calculated the deflection, bending moment and soil reaction with DFM in non-homogeneous soil. To establish applicability of the suggested analytical method, the results of model tests and field tests and Pentagon2D finite element program are compared with those of the compositive analytical method. In the analysis values of the coefficient of soil reaction and ultimate soil resistance are also applied to the case of non-homogeneous soil. Lateral defection calculated using the compositive analytical method has been found to be in good agreement with values measured in field and model load tests.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.343-358
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2008
Piles of a bridge pier are connected with a column through a pile cap(footing). Behavior of the pile foundation can be different according to the connection method between piles and the pile cap. This difference causes a change of the design method. Connection methods between pile heads and the pile cap are divided into two groups ; rigid connections and hinge connections. KHBDC(Korea Highway Bridge Design Code) has specified to use rigid connection method for the highway bridge. In the rigid connection method, maximum bending moment of a pile occurs at the pile head and this helps the pile to prevent the excessive displacement. Rigid methods are also good to improve the seismic performance. However some specifications prescribe that conservative results through investigations for both the fixed-head condition and the free-head condition should be reflected in the design. This statement may induce an over-estimated design for the bridge which have very good quality structures with casing covered drilled shafts and the PC-house contained pile cap. Because the assumption of free-head conditions (hinge connections) are unreal for the elevated pile cap system with multiple piles of the long span sea-crossing bridges. On the other hand, elastic displacement method to evaluate the pile reactions under the pile cap is not suitable for this type of bridges due to impractical assumptions. So, full modeling techniques which analyze the superstructure and the substructure simultaneously should be performed. Loads and stress state of the very large diameter drilled shaft and the pile cap for Incheon Bridge which will the longest bridge in Korea were investigated through the full modeling for rigid connection conditions.
Space structure is a appropriate shape that resists external force only with in-plane force by reducing the influence of bending moment, and it maximizes the effectiveness of structure system. The space structure should be analized by nonlinear analysis regardless static and dynamic analysis because it accompanies large deflection for member. To analyze the structure of the space structure exactly generally geometrically nonlinear and material nonlinear, complex nonlinear analysis are considered. To settle the weakness that geometric nonlinear problem does not consider nonlinear as per trait and position of the structure material and that the nonlinear matter of structure material also does not consider nonlinear as per geometric form. Therefore, In this paper, analysis is considered geometric nonlinear and material nonlinear simultaneous conditioning, and traced load-deflection curve by using ABAQUS which is the general purpose of the finite element program.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.29-32
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2008
A lot of structures built since 1988 do not have efficient seismic design. Current buildings have complex shaped walls where the wing wall system is a popular option. When the wing wall is attached to a column, or a short span is produced due to the wing wall system, the system affects the behaviour of the column such as by increasing the strength and decreasing the ductility of the members. These members affect the structural behaviour of the columns and destruction aspect as the investigation on the damage of the previous earthquakes indicates. To prevent such case, current design installs structural silt on the wing wall to consider the columns and insulating so that it does not affect the internal forces. Calculations for internal shear force and internal bending moment of the vertical members are considered an important matter in design, but currently Korea does not have any studies on the effects of the wing wall on the columns.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.45-48
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2008
Under earthquake loads, the columns on the lower stories carry large axial forces and horizontal forces as the earthquake loads are acting horizontally and vertically on the building. To distribute the energy entered into the building under earthquakes according to the plastic deformation of the members, it is safer and more economic to persuade plastic hinge to occur in the beams rather than on the columns. However, it is unavoidable to have plastic hinge occurring on the columns when it is applied on both of the main axes of the building, which results in high shear force on the column end, and reinforced concrete column may result in sudden brittle failure due to bending moment and shear force. To increase restriction of the reinforced concrete column on the horizontal forces, this study uses repetitive loading experiments with different amount of shear reinforcement, and analyzes and compares the structural safety and behaviour of the reinforced test materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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