A modal parameter based damage sensitive feature (DSF) is defined to mimic the relative change in any diagonal element of the stiffness matrix of a model of a structure. The damage assessment is performed in a statistical pattern recognition framework using empirical complementary cumulative distribution functions (ECCDFs) of the DSFs extracted from measured operational vibration response data. Methods are discussed to perform probabilistic structural health assessment with respect to the following questions: (a) "Is there a change in the current state of the structure compared to the baseline state?", (b) "Does the change indicate a localized stiffness reduction or increase?", with the latter representing a situation of retrofitting operations, and (c) "What is the severity of the change in a probabilistic sense?". To identify a range of normal structural variations due to environmental and operational conditions, lower and upper bound ECCDFs are used to define the baseline structural state. Such an approach attempts to decouple "non-damage" related variations from damage induced changes, and account for the unknown environmental/operational conditions of the current state. The damage assessment procedure is discussed using numerical simulations of ambient vibration testing of a bridge deck system, as well as shake table experimental data from a 4-story steel frame.
Ziyuan Fan;Qiao Huang;Yuan Ren;Qiaowei Ye;Weijie Chang;Yichao Wang
Smart Structures and Systems
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v.31
no.2
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pp.183-197
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2023
For long-span bridges with a structural health monitoring (SHM) system, environmental temperature-driven responses are proved to be a main component in measurements. However, anomalous structural behavior may be hidden incomplicated recorded data. In order to receive reliable assessment of structural performance, it is important to study therelationship between temperature and monitoring data. This paper presents an application of the cointegration based methodology to detect anomalies that may be masked by temperature effects and then forecast the temperature-induced deflection (TID) of long-span suspension bridges. Firstly, temperature effects on girder deflection are analyzed with fieldmeasured data of a suspension bridge. Subsequently, the cointegration testing procedure is conducted. A threshold-based anomaly detection framework that eliminates the influence of environmental temperature is also proposed. The cointegrated residual series is extracted as the index to monitor anomaly events in bridges. Then, wavelet separation method is used to obtain TIDs from recorded data. Combining cointegration theory with autoregressive moving average (ARMA) model, TIDs for longspan bridges are modeled and forecasted. Finally, in-situ measurements of Xihoumen Bridge are adopted as an example to demonstrate the effectiveness of the cointegration based approach. In conclusion, the proposed method is practical for actual structures which ensures the efficient management and maintenance based on monitoring data.
Mingi Kim;Choong-Ki Chung;Joung-Woo Han;Han-Saem Kim
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.1
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pp.29-41
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2023
The 3D geospatial modeling of geotechnical information can aid in understanding the geotechnical characteristic values of the continuous subsurface at construction sites. In this study, a geostatistical optimization model for the three-dimensional (3D) mapping of subsurface stratification and the SPT-N value based on a trial-and-error rule was developed and applied to a dam emergency spillway site in South Korea. Geospatial database development for a geotechnical investigation, reconstitution of the target grid volume, and detection of outliers in the borehole dataset were implemented prior to the 3D modeling. For the site-specific subsurface stratification of the engineering geo-layer, we developed an integration method for the borehole and geophysical survey datasets based on the geostatistical optimization procedure of ordinary kriging and sequential Gaussian simulation (SGS) by comparing their cross-validation-based prediction residuals. We also developed an optimization technique based on SGS for estimating the 3D geometry of the SPT-N value. This method involves quantitatively testing the reliability of SGS and selecting the realizations with a high estimation accuracy. Boring tests were performed for validation, and the proposed method yielded more accurate prediction results and reproduced the spatial distribution of geotechnical information more effectively than the conventional geostatistical approach.
A probabilistic seismic damage analysis is an essential procedure to identify seismically vulnerable structures, prioritize the seismic retrofit, and ultimately minimize the overall seismic risk. To assess the seismic risk of multiple structures within a region, a large number of nonlinear time-history structural analyses must be conducted and studied. As a result, each assessment requires high computing resources. To overcome this limitation, we explore a deep learning-based metamodel to enable the prediction of the mean and the standard deviation of the seismic damage distribution of track-on steel-plate girder railway bridges in Korea considering the geometric variation. For machine learning training, nonlinear dynamic time-history analyses are performed to generate 800 high-fidelity datasets on the seismic response. Through intensive trial and error, the study is concentrated on developing an optimal machine learning architecture with the pre-identified variables of the physical configuration of the bridge. Additionally, the prediction performance of the proposed method is compared with a previous, well-defined, response surface model. Finally, the statistical testing results indicate that the overall performance of the deep-learning model is improved compared to the response surface model, as its errors are reduced by as much as 61%. In conclusion, the model proposed in this study can be effectively deployed for the seismic fragility and risk assessment of a region with a large number of structures.
Kim, Min-Suk;Min, Hyungi;Kim, Jeong-Gyu;Koo, Namin;Park, Jeong Sik;Bak, Gwan In
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.33
no.1
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pp.1-8
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2014
BACKGROUND: Recent studies using many amendments for heavy metal stabilization in soil were conducted in order to find out new materials. But, the studies accounting for the use of appropriate amendments considering soil pH remain incomplete. The aim of this study was to investigate the effects of initial soil pH on the efficiency of various amendments. METHODS AND RESULTS: Acid soil and alkali soil contaminated with heavy metals were collected from the agricultural soils affected by the abandoned mine sites nearby. Three different types of amendments were selected with hypothesis being different in stabilization mechanisms; organic matter, lime stone and iron, and added with different combination. For determining the changes in the extractable heavy metals, water soluble, Mehlich-3, Toxicity Characteristic Leaching Procedure, Simple Bioavailability Extraction Test method were applied as chemical assessments for metal stabilization. For biological assessments, soil respiration and root elongation of bok choy (Brassica campestris ssp. Chinensis Jusl.) were determined. CONCLUSION: It was revealed that lime stone reduced heavy metal mobility in acid soil by increasing soil pH and iron was good at stabilizing heavy metals by supplying adsorption sites in alkali soil. Organic matter was a good source in terms of supplying nutrients, but it was concerning when accounting for increasing metal availability.
Nowadays abnormal coldness happens frequently in Korea and frost heaving causes unexpected ground deformation which results in severe problems for structures such as roadway, railroad and cutoff slope. 'Frost heave' as one of the primary phenomenon is considered to be an important factor together with 'adfreeze bond-strength' and 'creep deformation' for structural design process in permafrost area. Therefore, the fundamental study for frost heave has to be preceded for design of geo-structures in cold region. While various experimental apparatuses have been developed, there still exist a certain level of limitation to evaluate the frost-heave characteristics as design parameters. There are no standard testing method and criteria for analyzing frost heaving in Korea because temperature controlled testing apparatuses including a freezing chamber are expensive. In this paper, a new standard freezing and thawing testing apparatus is introduced, which simulates various freezing and thawing conditions in a soil specimen by using a temperature controlled triaxial cell. Frost heaving tests were performed to assess the new testing apparatus and experimental procedure to evaluate frost heaving for soils is proposed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.2
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pp.67-78
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1990
An inverse self-iterative procedure is developed to determine layer moduli which are significant for the structural evaluation of pavements in developing rational and analytical rehabilitation technique. Falling weight deflectometer(FWD) is adopted as a non-destructive testing(NDT)device. The layer elastic theory is used to interpret NDT data. The theoretical deflection basins of pavement structures obtained by full factorial design are used for a parametric study on the characteristics of deflection basins and regression analyses. Regression equations to estimate layer moduli of flexible pavements are proposed through the regression analyses of theoretical deflection basins. The relationships between the rate of change of moduli and deflections are developed for the efficient iteration. An inverse self-iterative procedure to ensure the accuracy of the layer moduli is proposed. Validity and applicability of the developed procedure are verified through various numerical model tests.
Various methods (OECD 301B, ISO 9439 and ASTM 5864) for biodegradability test of lubricants were reviewed, and a standard procedure was developed. Most lubrication products are released in rivers or sea then is degraded by microbial action in aerobic condition. Most international method are based on $CO_2$ evolution test. Inoculum obtained from a sewage disposal plant and test compound are cultivated in a mineral medium. Organic carbon of the test compound is degraded and oxidized through the enzymatic actions of inoculum, and ultimately mineralized to carbon dioxide. Biodegradability test conditions of lubricant oils were optimized. The highest biodegradability was achieved when the same medium as in ASTM 5864 and inoculum concentration of $10^4{\sim}10^5$ cell/L were used. The optimum standard materials were selected as aniline and sodium acetate. Additionally the effects of inoculum type on microbial growth and biodegradability were examined. Finally the standard operating procedure (SOP) for biodegradability test method was proposed.
Jun-Beom An;Gye-Chun Cho;Yuna Lee;Jaewon Lee;Kyeongnam Min;Gukje Jo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.4
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pp.345-363
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2024
Steel pipe reinforced grouting method has been widely used to strengthen the crown of tunnel face and prevent groundwater leakage during tunnel excavation. Various injection procedures without sealing have recently been suggested to enhance efficiency. There are two representative injection methods. One is simultaneous injection in segmented batches, and the other is multiple injection using the external packer. The pros and cons of each method were discussed in terms of construction duration and equipment. However, it has yet to be discussed how the injection procedure affects the grout diffusion range in the ground. This study aims to evaluate the grout diffusion range quantitatively by considering the practical grouting sequences. The grout viscosity was measured by laboratory testing. Then, the numerical modeling was structured using the commercial computational fluid dynamics software. Finally, the grout diffusion range affected by the injection procedure and ground conditions was evaluated by performing the numerical parametric study. The results showed that the injection method highly affected the grout diffusion range, especially for inhomogeneous soil. Consequently, it is anticipated that the proper method of steel pipe reinforced grouting will be suggested.
Park, Hye Ok;Choi, Jiyeon;Oh, Sanghwa;Shin, Won Sik
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.20
no.7
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pp.135-147
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2015
Remediation of metal(loid)s-contaminated sites is crucial to protect human and ecosystem. Solidification and stabilization of metal(loid)s by the binder amendment is one of the cost-effective technologies. In this study, metal (loid)s in various field-contaminated soils obtained from steel-making, metal refinery and mining tillage were immobilized by the application of single binders such as diammonium phosphate (DAP), lime, and ladle slag. The efficiency of solidification and stabilization was evaluated by Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) and the Standard, Measurements and Testing programme of European Union (SM&T) extraction processes. In terms of TCLP extraction, the binder was effective in order of lime > DAP > ladle slag. All binders were highly effective in the immobilization of Pb, Zn, Cu, Ni, and Cd. The increased immobilization efficiency is attributed to the increase in the Step III and IV fractions of the SM&T extraction. Lime and ladle slag were highly effective in the immobilization of the metal(loid)s, however, As release increased with DAP due to competition between the phosphate originated from DAP and arsenate. A further study is needed for the better immobilization of multi metal(loid)s using binary binders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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