Kim, Sang Hyo;Lee, Sang Woo;Mha, Ho Seong;Kim, Jong Hak
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.11
no.4
s.41
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pp.329-338
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1999
A systematic procedure to evaluate fatigue damages and to predict remaining fatigue lives is introduced for a steel railway bridge. Fatigue damages are evaluated by using the currently available fatigue damage theory. Fatigue lives with the condition of fatigue crack initiation are estimated by the probabilistic approach based on the reliability theory as well as the simplified procedure. A equivalent deterministic procedure is also suggested to assess the remaining fatigue life under various traffic conditions. Numerical simulations are used to assess dynamic stress histories with correction factors. Loading models are obtained from the passenger volume data. Train coincidences are also considered. Based on the results, the fatigue life is found to be underestimated by without considering the coincidence of trains on the bridge. The simplified method proposed in this study are found to yield approximately the same results as the systematic procedure.
One of the main applications of seismic risk assessment is that an specific design could be selected for a bridge from different alternatives by considering damage losses alongside primary construction costs. Therefore, in this paper, the focus is on selecting the shape of pylon, which is a changeable component in the design of a cable-stayed bridge, as a double criterion decision-making problem. Different shapes of pylons include H, A, Y, and diamond shape, and the two criterion are construction costs and probable earthquake losses. In this research, decision-making is performed by using developed seismic risk assessment process as a powerful method. Considering the existing uncertainties in seismic risk assessment process, the combined incremental dynamic analysis (IDA) and uniform design (UD) based fragility assessment method is proposed, in which the UD method is utilized to provide the logical capacity models of the structure, and the IDA method is employed to give the probabilistic seismic demand model of structure. Using the aforementioned models and by defining damage states, the fragility curves of the bridge system are obtained for the different pylon shapes usage. Finally, by combining the fragility curves with damage losses and implementing the proposed cost-loss-benefit (CLB) method, the seismic risk assessment process is developed with financial-comparative approach. Thus, the optimal shape of the pylon can be determined using double criterion decision-making. The final results of decision-making study indicate that the optimal pylon shapes for the studied span of cable-stayed bridge are, respectively, H shape, diamond shape, Y shape, and A shape.
Zheng, Yue;Dong, You;Chen, Bo;Anwar, Ghazanfar Ali
Smart Structures and Systems
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v.24
no.1
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pp.127-139
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2019
Residual drifts after an earthquake can incur huge repair costs and might need to replace the infrastructure because of its non-reparability. Proper functioning of bridges is also essential in the aftermath of an earthquake. In order to mitigate pounding and unseating damage of bridges subjected to earthquakes, a self-adaptive Ni-Ti shape memory alloy (SMA)-cable-based frictional sliding bearing (SMAFSB) is proposed considering self-adaptive centering, high energy dissipation, better fatigue, and corrosion resistance from SMA-cable component. The developed novel bearing is associated with the properties of modularity, replaceability, and earthquake isolation capacity, which could reduce the repair time and increase the resilience of highway bridges. To evaluate the super-elasticity of the SMA-cable, pseudo-static tests and numerical simulation on the SMA-cable specimens with a diameter of 7 mm are conducted and one dimensional (1D) constitutive hysteretic model of the SMAFSB is developed considering the effects of gap, self-centering, and high energy dissipation. Two types of the SMAFSB (i.e., movable and fixed SMAFSBs) are applied to a two-span continuous reinforced concrete (RC) bridge. The seismic vulnerabilities of the RC bridge, utilizing movable SMAFSB with the constant gap size of 60 mm and the fixed SMAFSBs with different gap sizes (e.g., 0, 30, and 60 mm), are assessed at component and system levels, respectively. It can be observed that the fixed SMAFSB with a gap of 30 mm gained the most retrofitting effect among the three cases.
Available records of recent earthquakes show that near-field earthquakes have different characteristics than far-field earthquakes. In general, most of these unique characteristics of near-fault records can be attributed to their forward directivity. This phenomenon causes the records of ground motion normal to the fault to entail pulses with long periods in the velocity time history. The energy of the earthquake is almost accumulated in these pulses causing large displacements and, accordingly, severe damages in the building. Damage to structures caused by past earthquakes raises the need to assess the chance of future earthquake damage. There are a variety of methods to evaluate building seismic vulnerabilities with different computational cost and accuracy. In the meantime, fragility curves, which defines the possibility of structural damage as a function of ground motion characteristics and design parameters, are more common. These curves express the percentage of probability that the structural response will exceed the allowable performance limit at different seismic intensities. This study aims to obtain the fragility curve for low- and mid-rise structures of reinforced concrete moment frames by incremental dynamic analysis (IDA). These frames were exposed to an ensemble of 18 ground motions (nine records near-faults and nine records far-faults). Finally, after the analysis, their fragility curves are obtained using the limit states provided by HAZUS-MH 2.1. The result shows the near-fault earthquakes can drastically influence the fragility curves of the 6-story building while it has a minimal impact on those of the 3-story building.
Türkiye is located in a region where destructive earthquakes are frequently experienced due to its geological characteristics and geographical location. Therefore, considering the possibility of a devastating earthquake at any time, determining the reinforced concrete (RC) building seismic safety, constructed before or after the current seismic buildings code, is one of the most important issues to be completed firstly. For this purpose, rapid assessment methods developed to quickly determine the seismic safety of buildings are available in the literature. Comparison of the principles of Principles of the Determination of Risky Structures-2019, Column and Wall Index Method, P25 Scoring Method and Improved Discriminant Analysis Method, which are among these methods, have been aimed within the scope of this study. Within the scope of this paper, a total of 43 buildings in the Yalova/Çınarcık region of Türkiye that the damage level was determined by street observation method immediately after the 1999 Kocaeli (Izmit) Earthquake; 15 buildings with heavy damage and 28 buildings with moderate damage were examined by rapid assessment methods. Although the risk detection difference was not separated as a clear line in any of the methods used, the results obtained from the rapid assessment methods are evaluated as being compatible with the detected after earthquake structural seismic behavior of the buildings. The PDRS-2019 and column and wall index method gave the most approximate results. In the results obtained from the analyzes; structural features such as number of floors, frame continuity, soft/weak story irregularity, effective shear strength area, existence of heavy overhangs in plan, type of structural system have been found to be significantly effective on the earthquake behavior of buildings.
Based on the crucial role of high-speed railway bridges (HSRBs) in the safety of high-speed railway operations, it is an important approach to mitigate earthquake hazards by proceeding with seismic risk assessments in their whole life. Bridge seismic risk assessment, which usually evaluates the seismic performance of bridges from a probabilistic perspective, provides technical support for bridge risk management. The seismic performance of bridges is greatly affected by the degradation of material properties, therefore, material damage plays a nonnegligible role in the seismic risk assessment of the bridge. The effect of material damage is not considered in most current studies on seismic risk analysis of bridges, nevertheless. To fill the gap in this area, in this paper, a nonlinear dynamic time-history analysis has been carried out by establishing OpenSees finite element model, and a seismic vulnerability analysis is carried out based on the incremental dynamic analysis (IDA) method. On this basis, combined with the site risk analysis, the time-dependent seismic risk analysis of an offshore three-span HSRB in the whole life cycle has been conducted. The results showed that the seismic risk probabilities of both components and system of the bridge increase with the service time, and their seismic risk probabilities increase significantly in the last service period due to the degradation of the material strength, which demonstrates that the impact of durability damage should be considered when evaluating the seismic performance of bridges in the design and service period.
The accurate evaluation of wind characteristics and wind-induced structural responses during a typhoon is of significant importance for bridge design and safety assessment. This paper presents an expectation maximization (EM) algorithm-based angular-linear approach for probabilistic modeling of field-measured wind characteristics. The proposed method has been applied to model the wind speed and direction data during typhoons recorded by the structural health monitoring (SHM) system instrumented on the arch Jiubao Bridge located in Hangzhou, China. In the summer of 2015, three typhoons, i.e., Typhoon Chan-hom, Typhoon Soudelor and Typhoon Goni, made landfall in the east of China and then struck the Jiubao Bridge. By analyzing the wind monitoring data such as the wind speed and direction measured by three anemometers during typhoons, the wind characteristics during typhoons are derived, including the average wind speed and direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral scale, and power spectral density (PSD). An EM algorithm-based angular-linear modeling approach is proposed for modeling the joint distribution of the wind speed and direction. For the marginal distribution of the wind speed, the finite mixture of two-parameter Weibull distribution is employed, and the finite mixture of von Mises distribution is used to represent the wind direction. The parameters of each distribution model are estimated by use of the EM algorithm, and the optimal model is determined by the values of $R^2$ statistic and the Akaike's information criterion (AIC). The results indicate that the stochastic properties of the wind field around the bridge site during typhoons are effectively characterized by the proposed EM algorithm-based angular-linear modeling approach. The formulated joint distribution of the wind speed and direction can serve as a solid foundation for the purpose of accurately evaluating the typhoon-induced fatigue damage of long-span bridges.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.3
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pp.410-420
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2010
When ships are sailing with large motions in rough waves, the slamming phenomenon occurs and the ships suffer from impulsive pressure loadings. Recently, ships are becoming lager and faster than before and it becomes more possible that the ships experience larger impacts on their bows and sterns. Many researchers have been performing the investigations on slamming experimentally and theoretically for a long time. Most of the research reported in the open literature focused on how to accurately estimate the amplitude of the peak pressure of slamming. According to the results of a recently published work, not only the amplitude of peak pressure but also the width of the peak may play an important role in predicting the extents of damage of impacted structures. The uncertainty of impulsive pressure loadings due to slamming has been indicated by many researchers. However, probabilistic treatments of the impulsive pressure loadings are few. In this study, drop tests were conducted on wedges having dead-rise angles of $0^{\circ}$ and $10^{\circ}$. Not only the amplitude of peak pressure but also the width of peak pressure were measured. Furthermore, the variations of those values are also provided for the probabilistic approach of the slamming problem.
Lately, more frequent typhoons cause extensive flood and wind damage throughout the summer season. In this respect, this study aims to develop a probabilistic clustering model that uses both typhoon genesis location and trajectories. The proposed model was applied to the 197 typhoon events that made landfall in the Korean peninsula from 1951 to 2012. We evaluate the performance of the proposed clustering model through a simulation study based on synthetic typhoon trajectories. The seven distinguished clusters for typhoons affecting Korean peninsula were identified. It was found that most of typhoon genesis originated from a remote position ($10^{\circ}{\sim}20^{\circ}N$, $120^{\circ}{\sim}150^{\circ}E$) near the Equator. Cluster, type B can be regarded as a major track due to the fact that its frequency is approximately about 25.4% out of 197 events and its direct association with strong positive rainfall anomalies.
Nuclear power plants are increasingly being equipped with digital I&C systems. Although some probabilistic safety assessment (PSA) models for the digital I&C of nuclear power plants have been constructed, there is currently no specific internationally agreed guidance for their modeling. This paper presents an initiative by the OECD Nuclear Energy Agency called "Digital I&C PSA - Comparative application of DIGital I&C Modelling Approaches for PSA (DIGMAP)", which aimed to advance the field towards practical and defendable modeling principles. The task, carried out in 2017-2021, used a simplified description of a plant focusing on the digital I&C systems important to safety, for which the participating organizations independently developed their own PSA models. Through comparison of the PSA models, sensitivity analyses as well as observations throughout the whole activity, both qualitative and quantitative lessons were learned. These include insights on failure behavior of digital I&C systems, experience from models with different levels of abstraction, benefits from benchmarking as well as major contributors to the core damage frequency and those with minor effect. The study also highlighted the challenges with modeling of large common cause component groups and the difficulties associated with estimation of key software and common cause failure parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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