This paper presents a damage assessment procedure applied to periodic spring mass systems using an eigenvalue sensitivity-based method. The damage is directly related to the stiffness reduction of the damage element. The natural frequencies of periodic structures with one single disorder are found by adopting the transfer matrix approach, consequently, the first order approximation of the natural frequencies with respect to the disordered stiffness in different elements is used to form the sensitivity matrix. The analysis shows that the sensitivity of natural frequencies to damage in different locations depends only on the mode number and the location of damage. The stiffness changes due to damage can be identified by solving a set of underdetermined equations based on the sensitivity matrix. The issues associated with many possible damage locations in large structural systems are addressed, and a means of improving the computational efficiency of damage detection while maintaining the accuracy for large periodic structures with limited available measured natural frequencies, is also introduced in this paper. The incomplete measurements and the effect of random error in terms of measurement noise in the natural frequencies are considered. Numerical results of a periodic spring-mass system of 20 degrees of freedom illustrate that the proposed method is simple and robust in locating single or multiple damages in a large periodic structure with a high computational efficiency.
With increasing traffic volumes and rising vehicle traffic, especially in cities, the number of pedestrian bridges has also increased significantly. Like all other structures, pedestrian bridges also suffer damage. In order to increase the safety of pedestrians, it is necessary to identify existing damage and to repair them to ensure the safety of the bridge structures. Owing to the shortcomings of local methods in identifying damage and in order to enhance the reliability of detection and identification of structural faults, signal methods have seen significant development in recent years. In this research, a new methodology, based on cone-shaped kernel distribution with a new damage index, has been used for damage detection in pedestrian truss bridges. To evaluate the proposed method, the numerical models of the Warren Type steel truss and the Arregar steel footbridge were used. Based on the results, the proposed method and damage index identified the damage and determined its location with a high degree of precision. Given the ease of use, the proposed method can be used to identify faults in pedestrian bridges.
Eleftheriadou, Anastasia K.;Karabinis, Athanasios I.
Earthquakes and Structures
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v.4
no.3
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pp.299-324
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2013
The current research focuses on the seismic vulnerability assessment of typical Southern Europe buildings, based on processing of a large set of observational damage data. The presented study constitutes a sequel of a previous research. The damage statistics have been enriched and a wider damage database (178578 buildings) is created compared to the one of the first presented paper (73468 buildings) with Damage Probability Matrices (DPMs) after the elaboration of the results from post-earthquake surveys carried out in the area struck by the 7-9-1999 near field Athens earthquake. The dataset comprises buildings which developed damage in several degree, type and extent. Two different parameters are estimated for the description of the seismic demand. After the classification of damaged buildings into structural types they are further categorized according to the level of damage and macroseismic intensity. The relative and the cumulative frequencies of the different damage states, for each structural type and each intensity level, are computed and presented, in terms of damage ratio. Damage Probability Matrices (DPMs) are obtained for typical structural types and they are compared to existing matrices derived from regions with similar building stock and soil conditions. A procedure is presented for the classification of those buildings which initially could not be discriminated into structural types due to restricted information and hence they had been disregarded. New proportional DPMs are developed and a correlation analysis is fulfilled with the existing vulnerability relations.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.23
no.7
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pp.14-19
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2009
This paper presents statistics on lightning-caused damage to humans, structures, and electrical and electronic equipment. To reduce the number and amount of casualties and damage caused by lightning strikes, the statistical analysis of lightning-related damage reports is important in establishing lightning protection measures. The statistics of lightning death, injury and damage in Korea from 2000 to 2007 were primarily derived from mass media As a result, the annual average of lightning-caused deaths in Korea is about 5. Most lightning casualties involve people who work outdoors such as farmers and recreationists. Data on lightning-caused injuries to humans and damage to structures in this paper may be underestimated since the available data from mass media are incomplete. The actual lightning-caused casualties and damage in Korea may be greater than those presented in this paper.
In this paper a 3-D continuum damage mechanics formulation for composite laminates and its implementation into a finite element model that is based on the layer-wise laminate plate theory are described. In the damage formulation, each composite ply is treated as a homogeneous orthotropic material exhibiting orthotropic damage in the form of distributed microscopic cracks that are normal to the three principal material directions. The progressive damage of different angle ply composite laminates under quasi-static loading that exhibit the free edge effects are investigated. The effects of various numerical modeling parameters on the progressive damage response are investigated. It will be shown that the dominant damage mechanism in the lay-ups of [+30/-30]s and [+45/-45]s is matrix cracking. However, the lay-up of [+15/-15] may be delaminated in the vicinity of the edges and at $+{\theta}/-{\theta}$ layers interfaces.
A two-stage damage detection method is proposed and demonstrated for structural health monitoring. In the first stage, the subset selection method is applied for the identification of the multiple damage locations. In the second stage, the damage severities of the identified damaged elements are determined applying SSGA to solve the optimization problem. In this method, the sensitivities of residual force vectors with respect to damage parameters are employed for the subset selection process. This approach is particularly efficient in detecting multiple damage locations. The SEREP is applied as needed to expand the identified mode shapes while using a limited number of sensors. Uncertainties in the stiffness of the elements are also considered as a source of modeling errors to investigate their effects on the performance of the proposed method in detecting damage in real-life structures. Through a series of illustrative examples, the proposed two-stage damage detection method is demonstrated to be a reliable tool for identifying and quantifying multiple damage locations within diverse structural systems.
Sensor placement is a crucial aspect of bridge health monitoring (BHM) dedicated to accurately estimate and locate structural damages. In addressing this goal, a sensor placement framework based on the deflection influence line (DIL) analysis is here proposed, for the optimal design of damage detection-oriented BHM system. In order to improve damage detection accuracy, we explore the change of global stiffness matrix, damage coefficient matrix and DIL vector caused by structural damage, and thus develop a novel sensor placement framework based on the Fisher information matrix. Our approach seeks to determine the contribution of each sensing node to damage detection, and adopts a distance correction coefficient to eliminate the information redundancy among sensors. The proposed damage detection-oriented optimal sensor placement (OSP) method is verified by two examples: (1) a numerically simulated three-span continuous beam, and (2) the Pinghu bridge which has existing real damage conditions. These two examples verify the performance of the distance corrected damage sensitivity of influence line (DSIL) method in significantly higher contribution to damage detection and lower information redundancy, and demonstrate the proposed OSP framework can be potentially employed in BHM practices.
In recent decades, wavelet transforms as a strong signal processing tool have attracted attention of researchers for damage identification. Apart from the wide application of wavelet transforms for damage identification, influence of higher order modes on the quality of damage detection has been a challenging matter for researchers. In this study, influence of higher order modes and different mass configurations on the quality of damage detection through Discrete Wavelet Transform (DWT) was studied. Nine different damage scenarios were imposed to four cantilever structures having different mass configurations. The first four mode shapes of the cantilever structures were measured experimentally and analyzed by DWT. A damage index was defined in order to study the influence of higher order modes. Results of this study showed that change in the mass configuration had a great impact on the quality of damage detection even when the changes altered natural frequencies slightly. It was observed that for successful damage detection all available mode shapes should be taken into account and measured mode shapes had no significant priority for damage detection over each other.
The fatigue damage caused by wide band loadings has generally been predicted using fatigue damage models in the frequency domain rather than a rain-flow counting method in the time domain because of its computation cost. This study showed that these fatigue damage models can be simplified in the form of normalized fatigue damage as a function of the S-N curve slope and bandwidth parameters. Based on numerical simulations of various wide band spectra, it was found that fatigue damage models in the form of normalized fatigue damage with one S-N curve slope and two bandwidth parameters( α1 , α2 ) provided less reasonable fatigue damage. Therefore, an additional bandwidth parameter needs to be considered based on a sensitivity study using various neural networks, which proved that α1-5 would be the dominant factor of a fatigue damage model as an additional bandwidth parameter.
The mechanisms of benzene toxicity is not fully elucidated, although the metabolism of benzene is very well understood. In order to study the mechanism of benzene toxicity, we investigated DNA damage induced by benzene metabolite, 1,2,4-benzenetriol (BT) in HL-60 cells by alkaline comet assay. To investigate the mechanism of cellular DNA damage induced by BT, the cells were treated with antioxidant such as vitamin C, SOD, catalase, and chelating agent such as deferoxamine (DFO), bathocuproinedisulfonic acid (BCDS). BT induced DNA damage in dose-dependent manner at concentration between 10$\mu\textrm{m}$ and 100$\mu\textrm{m}$. The antioxidant vitamin C itself induced DNA damage at higher concentration. The DNA damage induced by BT in HL-60 cells was protected at low concentraiton of vitamin C whereas no protective effect was found at high concentration. In hibitory effect of SOD on DNA damage by BT was observed and this suggested that BT produce superoxide anion (O2-) causing DNA damage. Catalase protected BT-induced DNA damage suggesting that BT produce H2O2 during autooxidation of BT. Both Fe(II)-specific cheiating agent, deferoxamine (DFO) and Cu(I)-specific chelating agent, bathocuproinedisulfonic acid (BCDS) inhibited BT0induced DNA damage. This suggested that DNA damage was caused by active species which was produced DAN damage. This suggested that DNA damage was caused by active species which was produced by the autooxidation of BT in the presence of Cu(II) and Fe(III). These findings suggest that reactive oxygen species play an important role in the mechanism of toxicity induced by benzene metabolites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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