Park, Jae-Hyung;Hong, Dong-Soo;Cho, Hyun-Man;Kim, Jeong-Tae
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.22
no.1
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pp.75-82
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2008
A vibration-based damage-monitoring scheme is proposed that would generate an alarm showing the occurrence and location of damage under temperature-induced uncertainty conditions. Experiments on a model plate-girder bridge are described, for which a set of modal parameters was measured under uncertain temperature conditions. A damage-alarming model is formulated to statistically identify the occurrence of damage by recognizing the patterns of damage-driven changes in the natural frequencies of the test structure and by distinguishing temperature-induced off-limits. A damage index method based on the concept of modal strain energy is implemented in the test structure to predict the location of damage. In order to adjust for the temperature-induced changes in the natural frequencies that are used for damage detection, a set of empirical frequency correction formulas is analyzed from the relationship between the temperature and frequency ratio.
This paper proposes a logistic multinomial regression approach to model the spatial cross-correlation of damage probabilities among different damage states in an expanded transportation network. Utilizing Bayesian theory and the multinomial logistic model, we analyze the damage states and probabilities of bridges while incorporating damage correlation. This correlation is considered both between bridges in a network and within each bridge's damage states. The correlation model of damage probabilities is applied to the seismic assessment of a portion of Tehran's transportation network, encompassing 26 bridges. Additionally, we introduce extra daily traffic time (EDTT) as an operational parameter of the transportation network and employ the shortest path algorithm to determine the path between two nodes. Our results demonstrate that incorporating the correlation of damage probabilities reduces the travel time of the selected network. The average decrease in travel time for the correlated case compared to the uncorrelated case, using two selected EDTT models, is 53% and 71%, respectively.
Many hydropower stations in southwest China are located in regions of brittle rock mass with high geo-stresses. Under these conditions deep fractured zones often occur in the sidewalls of the underground caverns of a power station. The theory and methods of fracture and damage mechanics are therefore adopted to study the phenomena. First a flexibility matrix is developed to describe initial geometric imperfections of a jointed rock mass. This model takes into account the area and orientation of the fractured surfaces of multiple joint sets, as well as spacing and density of joints. Using the assumption of the equivalent strain principle, a damage constitutive model is established based on the brittle fracture criterion. In addition the theory of fracture mechanics is applied to analyze the occurrence of secondary cracks during a cavern excavation. The failure criterion, for rock bridge coalescence and the damage evolution equation, has been derived and a new sub-program integrated into the FLAC-3D software. The model has then been applied to the stability analysis of an underground cavern group of a hydropower station in Sichuan province, China. The results of this method are compared with those obtained by using a conventional elasto-plastic model and splitting depth calculated by the splitting failure criterion proposed in a previous study. The results are also compared with the depth of the relaxation and fracture zone in the surrounding rock measured by field monitoring. The distribution of the splitting zone obtained both by the proposed model and by the field monitoring measurements are consistent to the validity of the theory developed herein.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.3
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pp.31-40
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2002
The purpose of this study is to investigate the seismic behavior of RC bridge piers and to provide the data for developing improved seismic design criteria. The accuracy and objectivity of the assessment process may be enhanced by the use of sophisticated nonlinear finite element analysis program. A computer program, named RCAHEST(reinforced concrete analysis in higher evaluation system technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach is incorporated. n boundary plane at which each member with different thickness is connected, local discontinuity in deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into account by introducing interface element. The effect of number of load reversals with the same displacement amplitude has been also taken into account to model the reinforcing steel and concrete. In the companion paper, the proposed numerical method for seismic damage evaluation of RC bridge piers is verified by comparison with the reliable experimental results.
Long term structural health monitoring has gained wide attention among civil engineers in recent years due to the scale and severity of infrastructure deterioration. Establishing effective damage indicators and proposing enhanced monitoring methods are of great interests to the engineering practices. In the case of bridge health monitoring, long term structural vibration measurement has been acknowledged to be quite useful and utilized in the planning of maintenance works. Previous researches are majorly concentrated on linear time series models for the measurement, whereas nonlinear dependences among the measurement are not carefully considered. In this paper, a new bridge health monitoring method is proposed based on the use of long term vibration measurement. A combination of the fundamental ARMA model and copula theory is investigated for the first time in detecting bridge structural damages. The concept is applied to a real engineering practice in Japan. The efficiency and accuracy of the copula based damage indicator is analyzed and compared in different window sizes. The performance of the copula based indicator is discussed based on the damage detection rate between the intact structural condition and the damaged structural condition.
One of the main applications of seismic risk assessment is that an specific design could be selected for a bridge from different alternatives by considering damage losses alongside primary construction costs. Therefore, in this paper, the focus is on selecting the shape of pylon, which is a changeable component in the design of a cable-stayed bridge, as a double criterion decision-making problem. Different shapes of pylons include H, A, Y, and diamond shape, and the two criterion are construction costs and probable earthquake losses. In this research, decision-making is performed by using developed seismic risk assessment process as a powerful method. Considering the existing uncertainties in seismic risk assessment process, the combined incremental dynamic analysis (IDA) and uniform design (UD) based fragility assessment method is proposed, in which the UD method is utilized to provide the logical capacity models of the structure, and the IDA method is employed to give the probabilistic seismic demand model of structure. Using the aforementioned models and by defining damage states, the fragility curves of the bridge system are obtained for the different pylon shapes usage. Finally, by combining the fragility curves with damage losses and implementing the proposed cost-loss-benefit (CLB) method, the seismic risk assessment process is developed with financial-comparative approach. Thus, the optimal shape of the pylon can be determined using double criterion decision-making. The final results of decision-making study indicate that the optimal pylon shapes for the studied span of cable-stayed bridge are, respectively, H shape, diamond shape, Y shape, and A shape.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.18
no.2
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pp.108-116
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2017
It is expected that the maintenance cost of domestic bridges will increase considerably due to the increase of bridge service time. In response to this situation, the government and relevant ministries are focusing on developing ways to efficiently allocate limited budgets and to rationally select maintenance bridge. In this study, to develop a risk - based bridge maintenance priority decision model, 14 common risk factors causing damage to bridges were extracted and AHP analysis was performed to select 5 important factors. Based on the existing literature review and expert consultation, we derive the evaluation criteria and the impact weights of the selected factors, and based on this, I presented risk based bridge maintenance priority model. Using this model in combination with existing maintenance priority methods will lead to more reasonable bridge maintenance priorities.
Automated damage detection through Structural Health Monitoring (SHM) techniques has become an active area of research in the bridge engineering community but widespread implementation on in-service infrastructure still presents some challenges. In the meantime, visual inspection remains as the most common method for condition assessment even though collected information is highly subjective and certain types of damage can be overlooked by the inspector. In this article, a Frequency Response Functions-based model updating algorithm is evaluated using experimentally collected data from the University of Central Florida (UCF)-Benchmark Structure. A protocol for measurement selection and a regularization technique are presented in this work in order to provide the most well-conditioned model updating scenario for the target structure. The proposed technique is composed of two main stages. First, the initial finite element model (FEM) is calibrated through model updating so that it captures the dynamic signature of the UCF Benchmark Structure in its healthy condition. Second, based upon collected data from the damaged condition, the updating process is repeated on the baseline (healthy) FEM. The difference between the updated parameters from subsequent stages revealed both location and extent of damage in a "blind" scenario, without any previous information about type and location of damage.
The health condition of of deep water high pile foundation is vital to the safe operation of bridges. However, pier foundations are vulnerable to damage in deep water due to exposure to sea torrents and corrosive environments over an extended period. In this paper, combined with aninvestigation and analysis of the typical damage characteristics of main pier group pile foundations, we study the safety monitoring and real-time early warning technology of the deep water high pile foundations, we propose an early warning index item and early warning threshold of deep water high pile foundation by utilizing a numerical simulation analysis and referring to domestic and foreign standards and literature. First, we combine the characteristics of structures and draw on more mature evaluation theories and experience in civil engineering-related fields such as dam and bridge engineering. Then, we establish a scheme consisting of a Early Warning Index Systemand evaluation model based on the analytic hierarchy process and constant weight evaluation method and apply the research results to a project based on the Jiashao bridge in Zhejiang province, China. Finally, we verify the rationality and reliability of the Early Warning Index Systemof the Deep Water High Pile Foundations.
In this research a theoretical and numerical study on a bridge damage detection procedure is presented based on vibration measurements collected from a set of accelerometers. This method, referred to as "Adjoint Variable Method", is a sensitivity-based finite element model updating method. The approach relies on minimizing a penalty function, which usually consists of the errors between the measured quantities and the corresponding predictions attained from the model. Moving mass is an interactive model and includes inertia effects between the model and mass. This interactive model is a time varying system and the proposed method is capable of detecting damage in this variable system. Robustness of the proposed method is illustrated by correct detection of the location and extension of predetermined single, multiple and random damages in all ranges of speed and mass ratio of moving vehicle. A comparative study on common sensitivity and the proposed method confirms its efficiency and performance improvement in sensitivity-based damage detection methods. In addition various possible sources of error, including the effects of measurement noise and initial assumption error in stability of method are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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