Kim Jeong-Tae;Na Won-Bae;Lee Byung-Jun;Hong Dong-Soo;Do Han-Sung
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.225-231
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2006
The purpose of this study is to develop a promising hybrid structural health monitoring system for structural joints. For this propose, the combined use of vibration-based techniques and electro-mechanical impedance technique is employed. For the verification of the proposed health monitoring scheme, a series of damage scenarios are designed to simulate various situations at which the connection joints can experience during their service life. The obtained experimental results, modal parameters and electro-magnetic impedance signatures, are carefully analyzed to recognize the connecting states and the target damage locations. From the analysis. it is shown that the proposed hybrid health monitoring system is successful for acquiring global and local damage information on the structural joints.
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.
The structural health monitoring (SHM) benchmark study on optimal sensor placement problem for the instrumented Canton Tower has been launched. It follows the success of the modal identification and model updating for the Canton Tower in the previous benchmark study, and focuses on the optimal placement of vibration sensors (accelerometers) in the interest of bettering the SHM system. In this paper, the sensor placement problem for the Canton Tower and the benchmark model for this study are first detailed. Then an information entropy based sensor placement method with the purpose of damage detection is proposed and applied to the benchmark problem. The procedure that will be implemented for structural damage detection using the data obtained from the optimal sensor placement strategy is introduced and the information on structural damage is specified. The information entropy based method is applied to measure the uncertainties throughout the damage detection process with the use of the obtained data. Accordingly, a multi-objective optimal problem in terms of sensor placement is formulated. The optimal solution is determined as the one that provides equally most informative data for all objectives, and thus the data obtained is most informative for structural damage detection. To validate the effectiveness of the optimally determined sensor placement, damage detection is performed on different damage scenarios of the benchmark model using the noise-free and noise-corrupted measured information, respectively. The results show that in comparison with the existing in-service sensor deployment on the structure, the optimally determined one is capable of further enhancing the capability of damage detection.
Lakshmanan, N.;Raghuprasad, B.K.;Muthumani, K.;Gopalakrishnan, N.;Basu, D.
Smart Structures and Systems
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v.3
no.1
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pp.23-49
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2007
Wavelet transforms are the emerging signal-processing tools for damage identification and time-frequency localization. A small perturbation in a static or dynamic displacement profile could be captured using multi-resolution technique of wavelet analysis. The paper presents the wavelet analysis of damaged linear structural elements using DB4 or BIOR6.8 family of wavelets. Starting with a localized reduction of EI at the mid-span of a simply supported beam, damage modeling is done for a typical steel and reinforced concrete beam element. Rotation and curvature mode shapes are found to be the improved indicators of damage and when these are coupled with wavelet analysis, a clear picture of damage singularity emerges. In the steel beam, the damage is modeled as a rotational spring and for an RC section, moment curvature relationship is used to compute the effective EI. Wavelet analysis is performed for these damage models for displacement, rotation and curvature mode shapes as well as static deformation profiles. It is shown that all the damage indicators like displacement, slope and curvature are magnified under higher modes. A localization scheme with arbitrary location of curvature nodes within a pseudo span is developed for steady state dynamic loads, such that curvature response and damages are maximized and the scheme is numerically tested and proved.
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.
Based on the reconnaissance of buildings in Dujiangyan City during 2008 Wenchuan earthquake, China, structural damage characteristics and the spatial distribution of structural damage are investigated, and the possible reasons for the extraordinary features are discussed with consideration of the influence of urban historical evolution and spatial variation of earthquake motions. Firstly, the urban plan and typical characteristics of structural seismic damage are briefly presented and summarized. Spatial distribution of structural damage is then comparatively analyzed by classifying all surveyed buildings in accordance with different construction age, considering the influence of seismic design code on urban buildings. Finally, the influences of evolution of seismic design code, topographic condition, local site and distance from fault rupture on spatial distribution of structural damage are comprehensively discussed. It is concluded that spatial variation of earthquake motions, resulting from topography, local site effect and fault rupture, are very important factor leading to the extraordinary spatial distribution of building damage except the evolution of seismic design codes. It is necessary that the spatial distribution of earthquake motions should be considered in seismic design of structures located in complicated topography area and near active faults.
This paper describes an experimental study on structural health monitoring of a 1:3-scaled one-story concrete frame subjected to seismic damage and retrofit. The structure is tested on a shaking table by exerting successively enhanced earthquake excitations until severe damage, and then retrofitted using fiber-reinforced polymers (FRP). The modal properties of the tested structure at trifling, moderate, severe damage and strengthening stages are measured by subjecting it to a small-amplitude white-noise excitation after each earthquake attack. Making use of the measured global modal frequencies and a validated finite element model of the tested structure, a neural network method is developed to quantitatively identify the stiffness reduction due to damage and the stiffness enhancement due to strengthening. The identification results are compared with 'true' damage severities that are defined and determined based on visual inspection and local impact testing. It is shown that by the use of FRP retrofit, the stiffness of the severely damaged structure can be recovered to the level as in the trifling damage stage.
This study utilizes the fine-tuning and small-digit characteristics of the successive zooming genetic algorithm (SZGA) to propose a method of structural damage detection in a continuum structure, where the differences in the natural frequencies of a structure obtained by experiment and FEM are compared and minimized using an assumed location and extent of structural damage. The final methodology applied to the structural damage detection is a kind of pseudo-discrete-variable-algorithm that counts the soundness variables as one (perfectly sound) if they are above a certain standard, such as 0.99. This methodology is based on the fact that most well-designed structures exhibit failures at some critical point due to manufacturing error, while the remaining region is free of damage. Thus, damage of 1% (depending on the given standard) or less can be neglected, and the search concentrated on finding more serious failures. It is shown that the proposed method can find out the exact structural damage of the monitored structure and reduce the time and amount of computation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.3
s.120
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pp.257-263
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2007
Detection of structural damage is an inverse problem in structural engineering. There are three main questions in the damage detection: existence, location and extent of the damage. In concept, the natural frequency and mode shapes of any structure must satisfy an eigenvalue problem. But, if a potential damage exists in a structure, an error resulting from the substitution of the refined analytical finite element model and measured modal data into the structural eigenvalue equation will occur, which is called the residual modal forces, and can be used as an indicator of potential damage in a structure. In this study, a useful damage detection method is proposed and compared with other two methods. Two degree-of-freedom system and Cantilever beam are used to demonstrate the approach. And the results of three introduced method are compared.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.04a
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pp.61-67
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1991
Conventional aseismic design methods of reinforced concrete frame all but disregard the state of damage over the entire building frame. This paper presents an automated damage-contorlled design method, which aims for uniform damage distribution throughout the entire building frame, as measured by the individual mumber damage indexes. Three design parameters, namely the longitudinal steel ratio, the confinement steel ratio and the frame member depth, were studied for their influence on the frame responce to an earthquake. The usefulness of this design method is demonstrated with a four story example office building predicting the extent of structural damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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