A reliability analysis of the fatigue failure of highway steel bridges was performed by applying the Miner's fatigue damage rule for the fatigue design truck proposed for the LRFD code and for the current DB 24 truck. The limit state function for fatigue failure is expressed as a function of various random variables that affect fatigue damage. Among these variables, the statistical parameters for the equivalent moment, the impact factor, and the loadometer were obtained by analyzing recently measured domestic traffic data, and the parameters for the fatigue strength, the girder distribution factor, and the headway factor were obtained from the measured data reported in literature. Based on the reliability analysis, the fatigue truck model for the LRFD code was proposed. After applying the proposed fatigue truck to the LRFD code, 16 composite plate and box girder bridges were designed based on the LRFD method, and the LRFD design results for the fatigue limit state were compared with those by the current KHBDC.
Tendon failures in bonded post-tensioned bridges over the last two decades have motivated ongoing investigations on various aspects of unbonded tendons and their monitoring methods. Recent research shows that change of strain distribution in anchor heads can be useful in detecting wire breakage in unbonded construction. Based on this strain variation, this paper develops a damage detection model that enables an automated tendon monitoring system to identify and locate wire breaks. The first part of this paper presents an experimental program conducted to study the strain variation in anchor heads by generating wire breaks using a mechanical device. The program comprised three sets of tests with fully populated 19-strand anchor head and evaluated the levels of strain variation with number of wire breaks in different strands. The sensitivity of strain variation with wire breaks in circumferential and radial directions of anchor head in addition to the axial direction (parallel to the strand) were investigated and the measured axial strains were found to be the most sensitive. The second part of the paper focuses on formulating the wire breakage detection framework. A finite element model of the anchorage assembly was created to demonstrate the algorithm as well as to investigate the asymmetric strain distribution observed in experimental results. In addition, as almost inevitably encountered during tendon stressing, the effects of differential wedge seating on the proposed model have been analyzed. A sensitivity analysis has been performed at the end to assess the robustness of the model with random measurement errors.
Recently in Japan, fracturing was observed on the diagonal member of a through truss bridge at the boundary region with the concrete slab. Local corrosion damage where the diagonal member was enclosed in the concrete slab is an important factor in the fracture. In this study, accelerated exposure tests were carried out on concrete-steel model specimens simulating steel members at the boundary with concrete. Fatigue tests were then performed on the corroded model specimens. Accelerated exposure tests of the S6-cycle, which is carried out on the model specimens for 150, 300, 450 and 600 da ys. Their surface geometry was then measured. From the accelerated exposure test results, change in maximum and mean corrosion depths was determined according to the testing periods. The effect of local corrosion on fatigue strength was also presented based on the fatigue test results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1A
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pp.61-73
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2009
In this paper, hybrid health monitoring techniques using acceleration-impedance features are newly proposed to detect two damage-type in steel plate-girder bridges, which are girder's stiffness-loss and support perturbation. The hybrid techniques mainly consists of three sequential phases: 1) to alarm the occurrence of damage in global manner, 2) to classify the alarmed damage into subsystems of the structure, and 3) to estimate the classified damage in detail using methods suitable for the subsystems. In the first phase, the global occurrence of damage is alarmed by monitoring changes in acceleration features. In the second phase, the alarmed damage is classified into subsystems by recognizing patterns of impedance features. In the final phase, the location and the extent of damage are estimated by using modal strain energy-based damage index method and root mean square deviation (RMSD) method. The feasibility of the proposed hybrid technique is evaluated on a laboratory-scaled steel plate-girder bridge model for which hybrid acceleration-impedance signatures were measured for several damage scenarios. Also, the effect of temperature on the accuracy of the impedance-based damage monitoring results are experimentally examined from combined scenarios of support damage cases and temperature changes.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.20
no.2
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pp.279-288
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2017
The Material Transportation Capability Analysis Method in North Korea includes adversary's activities such as destruction of bridge which is one kind of choke points in the road network and surprise attack against resupply march unit. Also, the amount of damage on choke points in the road network and repair time depending on repair unit commitment must be reflected. In this study, a scenario encompassing plausible resupply transportation circumstances while counterattacking into NK will be established. Then, based on such scenario, a simulation model will be established and the result of simulation will be compared to the results of numeric example which has been used in the ROK Army. We demonstrate, through a certain Corps operation area, that the Scenario-based Simulation Model results predict the performance of resupply operation very well. Therefore, it makes sustainment planners and commanders do activities which is suitable for battlefield and should be used in the real situation. It is also a stochastic model.
Kim, Jeong-Tae;Yun, Chung-Bang;Ryu, Yeon-Sun;Cho, Hyun-Man
Structural Engineering and Mechanics
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v.17
no.3_4
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pp.467-482
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2004
One of the uncertain damage parameters to jeopardize the safety of existing PSC bridges is the loss of the prestress force. A substantial prestress-loss can lead to severe problems in the serviceability and safety of the PSC bridges. In this paper, a nondestructive method to detect prestress-loss in beam-type PSC bridges using a few natural frequencies is presented. An analytical model is formulated to estimate changes in natural frequencies of the PSC bridges under various prestress forces. Also, an inverse-solution algorithm is proposed to detect the prestress-loss by measuring the changes in natural frequencies. The feasibility of the proposed approach is evaluated using PSC beams for which a few natural frequencies were experimentally measured for a set of prestress-loss cases. Numerical models of two-span continuous PSC beams are also examined to verify that the proposed algorithm works on more complicated cases.
In this paper, a Holder exponent, a measure of the degree to which a signal is differentiable, is presented to detect the presence of a discontinuity and when the discontinuity occurs in a dynamic signal. This discontinuity detection has potential applications to structural health monitoring because discontinuities are often introduced into dynamic response data as a result of certain types of damage. Wavelet transforms are incorporated with the Holder exponent to capture the time varying nature of discontinuities, and a classification procedure is developed to quantify when changes in the Holder exponent are significant. The proposed Holder exponent analysis is applied to various experimental signals to reveal underlying damage causing events from the signals. Signals being analyzed include acceleration response of a mechanical system with a rattling internal part, acceleration signals of a three-story building model with a loosing bolt, and strain records of an in-situ bridge during construction. The experimental results presented in this paper demonstrate that the Holder exponent can be an effective tool for identifying certain types of events that introduce discontinuities into the measured dynamic response data.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.1
no.2
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pp.87-94
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1997
This research aims to develop an algorithm of optimal transducer placement using Kinetic Energy of the structural system. The structural vibration response-based health monitoring is considered one of the best for the system which requires a long-term, continuous monitoring. In its experimental modal testing, however, it is difficult to decide on the measurement locations and their number, especially for complex structures, which have a major influence on the quality of the results. In order to minimize the number of sensing operations and optimize the transducer location while maximizing the accuracy of results, this paper discusses about an optimum transducer placement criterion suitable for the identification of structural damage. As a criterion algorithm, it proposes the Kinetic Energy Optimization Technique (EOT), and then addresses the numerical issues which are subsequently applicable to actual experiment where a bridge model is used. By using the experimental data, it compares the EOT with the EIM (Effective Independence Method) which is generally used to optimize the transducer placement for the damage identification and control purposes. The comparison conclusively shows that the EOT algorithm proposed in this paper is preferable when a structure is to be instrumented with fewer sensors.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.2
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pp.92-98
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2015
Recently, buildings tend to be large size, complex shape and functional. As the size of buildings is becoming massive, the need for structural health monitoring (SHM) technique is increasing. Various SHM techniques have been studied for buildings which have different dynamic characteristics and influenced by various external loads. "Abnormal behavior point" is a moment when the structure starts vibrating abnormally and this can be detected by comparing between before and after abnormal behavior point. In other words, anomalous behavior is a sign of damage on structures and estimating the abnormal behavior point can be directly related to the safety of structure. Abnormal behavior causes damage on structures and this leads to enormous economic damage as well as damage for humans. This study proposes an estimating technique to find abnormal behavior point using Hilber-Huang Transform which is a time-frequency signal analysis technique and the proposed algorithm has been examined through laboratory tests with a bridge model using a shaking table.
Dynamic characteristics of a structure, i.e., natural frequency and mode shape, have been widely using as an input data in the area of structural integrity or health monitoring which combined with the damage evaluation and structural system identification techniques. It is very difficult, however, to get those information by the conventional modal analysis method from large structures, such as the offshore structure or the long-span bridge, since the source of vibration is not available. In this paper, a method to obtain the frequencies and the mode shapes of a large span truss structure using only acceleration responses is studied. The calculation procedures to obtain acceleration responses and frequency response functions are provided utilizing a numerical model of the truss, and the process to extract natural frequencies and mode shapes from the modal analysis is cleary explained. The extracted mode shapes by proposed method are compared with those from eigenvalue analysis for the estimation of accuracy. The validity of the mode shapes is also demonstrated using an existing damage detection technique for the truss structure by simulated damage cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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