Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.10a
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pp.99-104
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2002
This paper presents an analytical prediction of the fatigue damage of reinforced concrete bridge columns subjected to cyclic load. 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. In 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. The proposed numerical method for fatigue damage of reinforced concrete bridge columns subjected to cyclic load is verified by comparison with reliable experimental results.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.453-458
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2002
A recently developed Hilbert-Huang transform (HHT) technique is applied to the detection of the damage locations of bridge structures. The HHT may be used to identify the locations of damages which exhibit nonlinear and non-stationary behavior, since the instantaneous frequency characteristics of the measured signal can be analyzed by the HHT. Numerical simulations were conducted on two bridge systems with damages using controlled excitations with sweeping frequency. Nonlinear plastic model using a gap element is employed to model the behavior of the cracked elements in the numerical simulations. The results indicate that the HHT method can reasonably identify the damage locations based on a limited number of acceleration sensors. Experimental study has been 실so carried out on a steel frame to confirm the applicability of the HHT to detect a structural connection with loosened bolts.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.2
no.1
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pp.11-17
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2002
Cost-effectiveness in design is considered for determining the target reliability of concrete bridges under seismic actions. This objective can be achieved based on the economic optimization of the expected life-cycle cost of a bridge, which includes initial cost, direct losses, and indirect losses of a bridge due to strong earthquakes over its lifetime. A separating factor is defined to consider the redundancy of a transportation network. The Park-Ang damage model is employed to define the damage of a bridge under seismic action, and a Monte Carlo method based on the DRAIN-2DX program is developed to assess the failure probability of a bridge. The results for an example bridge analyzed in this paper show that the optimal target failure probability depends on the traffic volume carried by the bridge and is between 1.0×10/sup -3/ to 3.0×10/sup -3/ over a life of 50 years.
This paper proposes using the multi-type sensor vibration measurements, such as from a relative displacement sensors and a traditional accelerometer for the damage detection of shear connectors in composite bridge under moving loads. Hilbert-Huang Transform (HHT) spectra of these responses will be fused with a data fusion approach i.e., Dempster-Shafer method, to detect the damage of shear connectors. Experimental studies on a composite bridge model in the laboratory are conducted to demonstrate the effectiveness and performance of using the proposed approach in detecting the damage of shear connectors in composite bridges. Both undamaged and damaged scenarios are considered. The detection results with the data fusion of multi-type sensor measurements show a more reliable and robust performance and accuracy, avoiding the false identifications.
The present research aims to develop a methodology to rapidly assess bridges with damage to the superstructure, caused by overheight trucks or lower-than-average overhead clearance. Terrestrial laser scanning and image processing techniques are combined with the finite element method to arrive at an analytical model which is more accurate, with respect to the complex geometrical aspects of the bridge in its damaged configuration. ""Virtual load testing"" may subsequently be carried out on this analytical model to determine the reserve capacity of the structure in an objective manner.
This study proposed a new and efficient 2D damage-plasticity model within the framework of Isogeometric analysis (IGA) for the geometrically nonlinear damage analysis of concrete. Since concrete exhibits complicated material properties, two internal variables are introduced to measure the hardening/softening behavior of concrete in tension and compression, and an implicit gradient-enhanced formulation is adopted to restore the well-posedness of the boundary value problem. The numerical results calculated by the model is compared with the experimental data of three benchmark problems of plain concrete (three-point and four-point bending single-notched beams and four-point bending double-notched beam) to illustrate the geometrical flexibility, accuracy, and robustness of the proposed approach. In addition, the influence of the characteristic length on the numerical results of each problem is investigated.
Long-span steel suspension bridges develop significant vibrations under the effect of external time-variable loadings because their slenderness. This causes significant stresses variations that could induce fatigue problems in critical components of the bridge. The research outcome presented in this paper includes a fatigue analysis of a long suspension bridge with 3300 meters central suspended span under wind action and train transit. Special focus is made on the counterintuitive interaction effects between train and wind loads in terms of fatigue damage accumulation in the hanger ropes. In fact the coupling of the two actions is shown to have positive effects for some hangers in terms of damage accumulation. Fatigue damage is evaluated using a linear accumulation model (Palmgren-Miner rule), analyses are carried out in time domain by a three-dimensional non-linear finite element model of the bridge. Rational explanation regarding the above-mentioned counterintuitive behavior is given on the basis of the stress time histories obtained for pertinent hangers under the effects of wind and train as acting separately or simultaneously. The interaction between wind and train traffic loads can be critical for a some hanger ropes therefore interaction phenomena within loads should be considered in the design.
Jung, Hyun-Jin;Park, Ki Tae;Kim, Jae Hwan;Kwon, Tae Ho;Lee, Jong-Han
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.1
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pp.19-32
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2024
An investigation into the detailed safety diagnosis report indicates that domestic highway bridges mainly suffer from defects, deterioration, and damage due to physical forces. In particular, deterioration is an inevitable damage that occurs due to various environmental and external factors over time. In particular, bridge deck is very vulnerable to cracks, which occur along with various types of damages such as rebar corrosion and surface delamination. Thus, this study evaluates a correlation between heterogeneous damage and deterioration environment and then identifies the main causes of such heterogeneous damage. After all, a bridge heterogeneous damage prediction model was developed using random forests to determine the top five factors contributing to the occurrence of the heterogeneous damage. The results of the study would serve as a basic data for estimating bridge maintenance and budget.
Kim, Byeong-Cheol;Park, Ki-Tae;Kim, Tae-Heon;Hwang, Ji-Hyun
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.6
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pp.60-71
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2014
Cable-stayed bridge, which is one of the representative long-spanned bridge, needs prompt maintenances when a stay cable is damaged because it may cause structural failure of the entire bridge. Many researches are being conducted to develop abnormal behavior detection algorithms for the purpose of shortening the reaction time after the occurrence of structural damage. To improve the accuracy of the damage detection algorithm, ample observation data from various kinds of damage responses is needed. However, it is difficult to measure an abnormal response by damaging an existing bridge, numerical simulation can be an effective alternative. In most previous studies, which simulate the damage responses of a cable-stayed bridge, the damages has been considered as a load variation without regard to its stiffness variation. The analyses of using these simplification could not calculate exact responses of damaged structure, though it may reserve a sufficient accuracy for the purpose of bridge design. This study suggests Gradual Bilinear Method (GBM) which simulate the damage responses of cable-stayed bridge considering the stiffness and mass variation, and develops an analysis program. The developed program is verified from the responses of a simple model. The responses of a existing cable-stayed bridge model are analyzed with respect to the fracture delay time and damage ratio. The results of this study can be used to develop and verify the highly accurate abnormal behavior detection algorithm for safety management of architecture/large structures.
Lang Liu;Hao Luo;Mingming Wang;Yanhang Wang;Changqi Zhao;Nanyue Shi
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.303-315
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2024
This study proposes a comprehensive methodology for estimating accumulative damage of bridge structures under multiple seismic excitations, in the framework of site-specific probabilistic hazard analysis. Specifically, a typical earthquake-prone region in China is chosen to perform probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) to find the mean annual rate (MAR) of ground motion intensity at a specific level, based on which, a mass of ground motion observations is selected to construct random earthquake sequences with various number of shocks. Then, nonlinear time history analysis is implemented on the finite element (FE) model of a RC girder bridge at the site of interest, to investigate structural responses under different earthquake sequences, and to develop predictive model for cumulative damage computation, in which, a scalar seismic intensity measure (IM) is adopted and its performance in damage prediction is discussed by an experimental column. Furthermore, a mathematic model is established to calculate occurrence probability of earthquakes with various number of shocks, based on PSHA and homogenous Poisson random process, and a modified cumulative damage indicator is proposed, accounting for probabilistic occurrence of various earthquake scenarios. At end, the applicability of the proposed methodology to main shock and aftershock scenarios is validated, and characteristics of damage accumulation under different multiple earthquake scenarios are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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