Structural health monitoring is important for the safety of lives and asset management. In this study, numerical models were developed for the piezoresistive behavior of smart concrete based on finite element (FE) method. Finite element models were calibrated with experimental data collected from compression test. The compression test was performed on smart concrete cube specimens with 75 mm dimensions. Smart concrete was made of cement CEM II 42.5 R, silica fume, fine and coarse crushed limestone aggregates, brass fibers and plasticizer. During the compression test, electrical resistance change and compressive strain measurements were conducted simultaneously. Smart concrete had a strong linear relationship between strain and electrical resistance change due to its piezoresistive function. The piezoresistivity of the smart concrete was modeled by FE method. Twenty-noded solid brick elements were used to model the smart concrete specimens in the finite element platform of Ansys. The numerical results were determined for strain induced resistivity change. The electrical resistivity of simulated smart concrete decreased with applied strain, as found in experimental investigation. The numerical findings are in good agreement with the experimental results.
Recently the interest in the safety assessment of civil infrastructures has increased. As bridge structures become large-scale, it is necessary to monitor and maintain the safety of large bridges, which requires smart systems that can make long-term monitoring a reality . Civil engineers have applied monitoring systems to several bridges, such as the New Haeng-Ju Bridge and Riverside Urban Highway Bridge, but these applications have some problems with the sensors for long-term measurement, setup techniques for the bridge monitoring system and the assessment of measured data. In the present study, an optical fiber sensor smart system was tested and confirmed in laboratory tests on the concrete members. By Attaching optical fiber sensors to the structural parts of the Sung-San Bridge, the bridge load test was measured. These smart concrete structure systems can be applied to bridges and the load capacity of the bridge can assessed.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.13
no.5
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pp.155-161
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2013
This paper presented an augmented reality based mobile application of maintenance and management for concrete bridges. For the development of augmented reality system, it was necessary to establish the concrete bridges detail information and history of maintenance that build the database of those. Also, the augmented reality based system required that concrete bridge information presented by the mobile smart phone. Therefore, this study developed an augmented reality based concrete bridge information mobile application-All about Bridge based on android smart phone and smart pad. The proposed All about Bridge application supports a various bridge informations simultaneously using smart phone and augmented reality technology.
In this study, hybrid smart sensor nodes were developed for the autonomous structural health monitoring of prestressed concrete (PSC) girders. In order to achieve the objective, the following approaches were implemented. First, we show how two types of smart sensor nodes for the hybrid health monitoring were developed. One was an acceleration-based smart sensor node using an MEMS accelerometer to monitor the overall damage in concrete girders. The other was an impedance-based smart sensor node for monitoring the local damage in prestressing tendons. Second, a hybrid monitoring algorithm using these smart sensor nodes is proposed for the autonomous structural health monitoring of PSC girders. Finally, we show how the performance of the developed system was evaluated using a lab-scaled PSC girder model for which dynamic tests were performed on a series of prestress-loss cases and girder damage cases.
The presence of water inside concrete structures is an essential condition for the deterioration of the structures. The free water in the concrete pores and micro-cracks is the culprit for the durability related problems, such as alkali-aggregate reaction, carbonation, freeze-thaw damage, and corrosion of steel reinforcement. To ensure the integrity and safe operation of the concrete structures, it is very important to monitor water seepage inside the concrete. This paper presents the experimental investigation of water seepage monitoring in a concrete slab using piezoelectric-based smart aggregates. In the experimental setup, an $800mm{\times}800mm{\times}100mm$ concrete slab was fabricated with 15 SAs distributed inside the slab. The water seepage process was monitored through interrogating the SA pairs. In each SA pair, one SA was used as actuator to emit harmonic sine wave, and the other was used as sensor to receive the transmitted stress wave. The amplitudes of the received signals were able to indicate the water seepage process inside the concrete slab.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.27
no.6
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pp.501-508
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2007
This paper presents the feasibility of using electromechanical impedance based active sensing technique for nondestructive strength gain monitoring of early-age concrete by employing piezoelectric lead-zirconate-titanate (PZT) patches on concrete surface. The strength development of early age concrete is actively monitored by performing a series of experiments on concrete specimens under moist curing condition. The electrical admittance signatures are acquired for five different curing ages and compared with each other. The resonant frequency shifts of PZT patches with increasing days is observed which is on account of additional stiffening due to strength gain of concrete during curing and level of stiffening being related to strength obtained from compression tests on companion cylinder specimens. The proposed approach is found to be suitable for monitoring the development of compressive strength in early-age concrete. It is also observed in this study that root mean square deviation (RMSD) in admittance signatures of the PZT patches can also be used as an indicator of concrete strength development.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.428-431
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2004
Smart structural system is defined as structural system with a certain-level of autonomy relying on the embedded functions of sensors, actuators and processors, that can automatically adjust structural characteristics, in response to the change in external disturbance and environments, toward structural safety and serviceability as well as the extension of structural service life. In this study, carbon and glass hybrid fiber materials were investigated fundamentally for the applicability of self diagnosis in smart concrete structural system as embedded functions of sensors.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2014.11a
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pp.197-198
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2014
The concrete work of bridge decks is performed in a high place, which may reduce safety and productivity. In addition, the conventional method for deck forms require a great deal of manpower, and a form (sheathing) board is damaged when removed after curing. As a result, the concrete deck work of bridge construction becomes the cause of delayed construction and increased cost. To solve these problems, SMART form, a system form, is developed. SMART form is a temporary device for easier installation and removal, by mounting it to the lower flange of a bridge girder and using a mechanical behavior of the form system for deck concrete pouring. For stable installation and removal of the developed SMART form, geometric behaviors should be analyzed to prove its validity. Furthermore, the validity of geometric behaviors when the SMART form size is altered in response to the various arrangement of bridge girders should be proved. Thus, the study is intended to analyze the geometric validity of the form system for bridge deck concrete pouring. The structural stability of the form system for bridge deck concrete pouring can be secured, which will be applied in the field.
Due to the superior properties of nanoparticles, using them has been increased in concrete production technology. In this study, the effect of zinc oxide (ZnO) nanoparticles on the mechanical and smart properties of concrete was studied. At the first, the ZnO nanoparticles are dispersed in water using shaker, magnetic stirrer and ultrasonic devices. The nanoparticles with 3.5, 0.25, 0.75, and 1.0 volume percent are added to the concrete mixture and replaced by the appropriate amount of cement to compare with the control sample without any additives. In order to study the mechanical and smart properties of the concrete, the cubic samples for determining the compressive strength and cylindrical samples for determining tensile strength with different amounts of ZnO nanoparticles are produced and tested. The most important finding of this paper is about the smartness of the concrete due to the piezoelectric properties of the ZnO nanoparticles. In other words, the concrete in this study can produce the voltage when subjected to mechanical load and vice versa it can induce the mechanical displacement when subjected to external voltage. The experimental results show that the best volume percent for ZnO nanoparticles in 28-day samples is 0.5%. In other words, adding 0.5% ZnO nanoparticles to the concrete instead of cement leads to increases of 18.70% and 3.77% in the compressive and tensile strengths, respectively. In addition, it shows the best direct and reverse piezoelectric properties. It is also worth to mention that adding 3.5% zinc oxide nanoparticles, the setting of cement is stopped in the concrete mixture.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.11a
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pp.168-169
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2015
SMART Frame is a composite precast concrete structure system to deliver the advantages of both steel frame and reinforced concrete. Many studies have established to date that SMART Frame is more advantageous than conventional frame-type structure in terms of structural stability, constructability, economic viability as well as reduction of construction schedule. However, such studies have focused primarily on wall-type or flat slab-type apartment housing structures, failing to include Rahmen structures in their scope. Accordingly, this study aims to analyze the benefits of potential application of SMART Frame to RC Rahmen structures. As the structural stability and constructability of SMART Frame is already proven, this study reviews its benefits from the perspective of cost reduction. Conclusion of this study will be used subsequently in predicting the benefits of SMART Frame when it is adapted to RC Rahmen structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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