In this study, the effects of initial damage of concrete columns on the post-repair performance of reinforced concrete (RC) columns strengthened with carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) composite are investigated experimentally. Four kinds of compression-damaged RC cylinders were reinforced using external CFRP composite wraps, and the stress-strain behavior of the composite/concrete system was investigated. These concrete cylinders were compressed to four pre-damaged states including low -level, medium -level, high -level and total damage states. The percentages of the stress levels of pre-damage were, respectively, 40, 60, 80, and 100% of that of the control RC cylinder. These damaged concrete cylinders simulate bridge piers or building columns subjected to different magnitudes of stress, or at various stages in long-term behavior. Experimental data, as well as a stress-strain model proposed for the behavior of damaged and undamaged concrete strengthened by external CFRP composite sheets are presented. The experimental data shows that external confinement of concrete by CFRP composite wrap significantly improves both compressive strength and ductility of concrete, though the improvement is inversely proportional to the initial degree of damage to the concrete. The failure modes of the composite/damaged concrete systems were examined to evaluate the benefit of this reinforcing methodology. Results predicted by the model showed very good agreement with those of the current experimental program.
본문은 가지의 포전시험자료에 근거하여 점박이응애붙이(Tetranichus cinabaruinus(Boisduval))의 밀도와 피해엄중도간의 관계를 검토하였는데 그 결과 응애밀도와 피해엄중도간의 농약을 살포하기전 혹은 응애가 확산하기 전에는 정상관성(r=${0.865}^{\ast}{\ast}$)을 나타냈으나 통상적인 수량적 관계는 나타내지 않았다. 계통적조사에 근거하여 실제피해엄중도(DI) 증가율 model과 실측피해엄중도 model을 작성한 후 그 두 model로 실제피해엄중도 측정 model을 구성하였다. 피해정도를 잘 반영할 수 있는 누적피해일(cumulative damage days, CDD) 개념을 제출하고 그 수학적 model을 세웠다. 누적피해일은 실제피해엄중도곡선아래의 면적으로서 적분으로 표할 수 있는데 그속에 피해의 점차적이며 누적적인 기본 과정이 뒷받침 되어 있지 않다. 여러 가지 피해정도 표기법을 서로 서로 비교한 결과 CDD가 가장 합리적이었고 또한 동일한 생태조건(동지)하에서는 CDD와 DI가 일정한 등가성이 있었다.
Xiong, Zhongming;Huo, Xiaopeng;Chen, Xuan;Xu, Jianjian;Xiong, Weiyang;Zhuge, Yan
Earthquakes and Structures
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제18권4호
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pp.423-435
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2020
An accurate evaluation of structural damage is essential to performance-based seismic design for the structure across the earth fissure. By comparing the calculation results from three commonly used damage models and the experimental results, a weighted combination method using Chen model was selected in this paper as the seismic damage evaluation. A numerical model considering the soil-structure interaction (SSI) was proposed using ABAQUS software. The model was calibrated by comparing with the experimental results. The results from the analysis indicated that, for the structure across the earth fissure, the existence of earth fissure changed the damage distribution of the structural members. The damage of structural members in the hanging wall was greater than that in the foot wall. Besides, the earth fissure enlarged the damage degree of the structural members at the same location and changed the position of the weak story. Moreover, the damage degree of the structure across the earth fissure was greater than that of the structure without the earth fissure under the same excitation. It is expected that the results from this research would enhance the understanding of the performance-based seismic design for the structure across the earth fissure.
This study is to develop a downstream flood damage prediction model for efficient confrontation in case of extreme and flash flood by future probable small agricultural dam break situation. For a Changri reservoir (0.419 million $m^3$) located in Yongin city of Gyeonggi province, a dam break scenario was prepared. With the probable maximum flood (PMF) condition calculated from the probable maximum precipitation (PMP), the flood condition by dam break was generated by using the HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System) model. The flood propagation to the 1.12 km section of Hwagok downstream was simulated using HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System) model. The flood damaged areas were generated by overtopping from the levees and the boundaries were extracted for flood damage prediction, and the degree of flood damage was evaluated using IDEM (Inundation Damage Estimation Method) by modifying MD-FDA (Multi-Dimensional Flood Damage Analysis) and regression analysis simple method. The result of flood analysis by dam-break was predicted to occurred flood depth of 0.4m in interior floodplain by overtopping under PMF scenario, and maximum flood depth was predicted up to 1.1 m. Moreover, for the downstream of the Changri reservoir, the total amount of the maximum flood damage by dam-break was calculated nearly 1.2 billion won by IDEM.
Electromechanical impedance (EMI) based structural health monitoring is performed by measuring the variation in the impedance due to the structural local damage. The impedance signals are acquired from the piezoelectric patches that are bonded on the structural surface. The impedance variation, which is directly related to the mechanical properties of the structure, indicates the presence of local structural damage. Two traditional EMI-based damage detection methods are based on calculating the difference between the measured impedance signals in the frequency domain from the baseline and the current structures. In this paper, a new structural damage detection approach by analyzing the time domain impedance responses is proposed. The measured time domain responses from the piezoelectric transducers will be used for analysis. With the use of the Time Frequency Autoregressive Moving Average (TFARMA) model, a damage index based on Singular Value Decomposition (SVD) is defined to identify the existence of the structural local damage. Experimental studies on a space steel truss bridge model in the laboratory are conducted to verify the proposed approach. Four piezoelectric transducers are attached at different locations and excited by a sweep-frequency signal. The impedance responses at different locations are analyzed with TFARMA model to investigate the effectiveness and performance of the proposed approach. The results demonstrate that the proposed approach is very sensitive and robust in detecting the bolt damage in the gusset plates of steel truss bridges.
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.
Inherent damage zone model is presented to explain the fatigue properties near the fatigue limit and the crack growth threshold consistently Inherent damage zone model assumes that the stress at a point which is located at a small distance, $r_0$, an inherent length of the material that represents the size of effective damage zone, from the crack initiation position governs the fatigue characteristics regardless of the geometric configuration of the specimen; smooth specimen, notched specimen or cracked specimens with short and long crack length. A special feature of the paper is using the exact stress distributions of notched and cracked specimens at the strength evaluations. Analytical elastic solutions by Neuber and Westergaard are employed for this purpose Relationship between fatigue limit of smooth specimen and threshold stress of cracked specimen, occurrence condition of non-propagating crack at the root of elliptic notch and circular hole and relationship between stress concentration factor and fatigue notch factor are discussed quantitatively based on the proposed model.
Two enhancements to a recently developed plastic-damage-contact model for concrete are presented. The model itself, which uses planes of degradation that can undergo damage and separation but that can regain contact according to a contact law, is described. The first enhancement is a new damage evolution function which provides a completely smooth transition from the undamaged to the damaged state and from pre-peak to post-peak regions. The second is an improved contact function that governs the potential degree of contact with increasing opening on a crack plane. The use of a damage evolution function with a pre-peak has implications for the consistent tangent matrix/stress recovery algorithm developed for the model implementation, and amendments to this algorithm to accommodate the new function are described. A series of unpublished experimental tests on notched specimens undertaken in Cardiff in the mid 1990s are then described. These include notched beam tests as well as prismatic and cylindrical torsion tests. The tests are then considered in three dimensional finite element analyses using the modified Craft model implemented in the finite element program LUSAS. Comparisons between experimental and numerical data show reasonable agreement except that the numerical simulations do not fully describe the latter stages of the softening responses for the torsion examples. Finally, it is concluded that the torsion tests described provide useful benchmark examples for the validation of three-dimensional numerical models for concrete.
Nohutcu, H.;Hokelekli, E.;Ercan, E.;Demir, A.;Altintas, G.
Structural Engineering and Mechanics
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제64권5호
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pp.653-660
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2017
The aim of this study is to accurately estimate seismic damage and the collapse mechanism of the historical stone masonry minaret "Hafsa Sultan", which was built in 1522. Surveying measurements and material tests were conducted to obtain a 3D solid model and the mechanical properties of the components of the minaret. The initial Finite Element (FE) model is analyzed and numerical dynamic characteristics of the minaret are obtained. The Operational Modal Analysis (OMA) method is conducted to obtain the experimental dynamic characteristics of the minaret and the initial FE model is calibrated by using the experimental results. Then, linear time history (LTH) and nonlinear time history (NLTH) analyses are carried out on the calibrated FE model by using two different ground motions. Iron clamps which used as connection element between the stones of the minaret considerably increase the tensile strength of the masonry system. The Concrete Damage Plasticity (CDP) model is selected in the nonlinear analyses in ABAQUS. The analyses conducted indicate that the results of the linear analyses are not as realistic as the nonlinear analysis results when compared with existing damage.
We developed a model, termed D-PSA-K, to estimate the accumulated potential damage on kiwifruit canes caused by bacterial canker during the growing and overwintering seasons. The model consisted of three parts including estimation of the amount of necrotic lesion in a non-frozen environment, the rate of necrosis increase in a freezing environment during the overwintering season, and the amount of necrotic lesion on kiwifruit canes caused by bacterial canker during the overwintering and growing seasons. We evaluated the model's accuracy by comparing the observed maximum disease incidence on kiwifruit canes against the damage estimated using weather and disease data collected at Wando during 1994-1997 and at Seogwipo during 2014-2015. For the Hayward cultivar, D-PSA-K estimated the accumulated damage as approximately nine times the observed maximum disease incidence. For the Hort16A cultivar, the accumulated damage estimated by D-PSA-K was high when the observed disease incidence was high. D-PSA-K could assist kiwifruit growers in selecting optimal sites for kiwifruit cultivation and establishing improved production plans by predicting the loss in kiwifruit production due to bacterial canker, using past weather or future climate change data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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