Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.4
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pp.169-179
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2002
This paper presents an efficient algorithm for the estimation of damage location and severity in structure using Probabilistic Neural Network (PNN). Artificial neural network has been being used for damage assessment by many researchers, but there are still some barriers that must be overcome to improve its accuracy and efficiency. The major problems with the conventional neural network are the necessity of many training data for neural network learning and ambiguity in the relation of neural network architecture with convergence of solution. In this paper, PNN is used as a pattern classifier to overcome those problems in the conventional neural network. The basic idea of damage assessment algorithm proposed in this paper is that modal characteristics from a damaged structure are compared with the training patterns which represent the damage in specific element to determine how close it is to training patterns in terms of the probability from PNN. The training pattern that gives a maximum probability implies that the element used in producing the training pattern is considered as a damaged one. The proposed damage assessment algorithm using PNN is applied to a 2-span continuous beam model structure to verify the algorithm.
Prestressed concrete bridges with corrugated steel webs have emerged as one of the promising bridge forms. This structural form provides excellent structural efficiency with the concrete flanges primarily taking bending and the corrugated steel webs primarily taking shear. In the design of this type of bridges, the flexural ductility and deformability as well as strength need to be carefully examined. Evaluation of these safety-related attributes requires the estimation of full-range behaviour. In this study, the full-range behaviour of beam sections with corrugated steel webs is evaluated by means of a nonlinear analytical method which uses the actual stress-strain curves of the materials and considers the path-dependence of materials. In view of the different behaviour of components and the large shear deformation of corrugated steel webs with negligible longitudinal stiffness, the assumption that plane sections remain plane may no longer be valid. The interaction between shear deformation and local bending of flanges may cause additional stress in flanges, which is considered in this study. The numerical results obtained are compared with experimental results for verification. A parametric study is undertaken to clarify the effects of various parameters on ductility, deformability and strength.
In this paper, pounding tuned mass dampers (PTMDs) were designed to mitigate the multi-mode vortex-induced vibration (VIV) of stay cable utilizing the viscous-elastic material's energy-dissipated ability. The PTMD device consists of a cantilever metal rod beam, a metal mass block and a specially designed damping element covered with viscous-elastic material layer. Wind-tunnel experiment on VIV of stay cable model was set up to validate the effectiveness of the PTMD on multi-mode VIV mitigation of stay cable. By analyzing and comparing testing results of all testing cases, it could be verified that the PTMD with viscous-elastic pounding boundary can obviously mitigate the VIV amplitude of the stay cable. Moreover, the installed location and the design parameters of the PTMD device based on the controlled modes of the primary stay cable, would have a certain extent suppression on the other modal vibration of the stay cable, which means that the designed PTMDs are effective among a large band of frequency for the multi-mode VIV control of the stay cable.
Utilization of fiber beam-column element has gained considerable attention in recent years due mainly to its ability to model distributed plasticity over the length of the element through a number of integration points. However, the relatively high sensitivity of the method to modeling parameters as well as material behavior models can pose a significant challenge. Residual drift is one of the seismic demands which is highly sensitive to modeling parameters and material behavior models. Permanent deformations play a prominent role in the post-earthquake evaluation of serviceability of bridges affected by a near-fault ground shaking. In this research, the influence of distributed plasticity modeling parameters using both force-based and displacement-based fiber elements in the prediction of internal forces obtained from the nonlinear static analysis is studied. Having chosen suitable type and size of elements and number of integration points, the authors take the next step by investigating the influence of material behavioral model employed for the prediction of permanent deformations in the nonlinear dynamic analysis. The result shows that the choice of element type and size, number of integration points, modification of cyclic concrete behavior model and reloading strain of concrete significantly influence the fidelity of fiber element method for the prediction of permanent deformations.
The checking stresses in the Chinese codes for reinforced concrete (RC) or prestressed concrete (PC) bridges are aimed for the thin-web beam, which cannot reflect the actual behavior of the modern structures. The incompleteness of the checking stresses could give rise to the deficiency in the design and calculation, and unable to reveal the reason of some common cracks in the structure. In this paper, the complete stress checklist for RC or PC girder bridges are listed, as well as the corresponding crack shapes. The expression of the complete checking stresses is proposed in details. Spatial Grid Model can reflect all the concerned stresses in the structure. Through the comparison of the calculation results from the spatial grid model and the solid model, it is seen that the spatial grid model can reflect load effects such as shear lag effect, thin-wall effect and local effect. The stresses obtained from the spatial grid model could help engineers to have a good understanding of the structural behavior. Meanwhile, the stress checklist provides the information for analyzing and solving the deficiency in the structure.
In recent years, vision-based monitoring has received great attention. However, structural identification using vision-based displacement measurements is far less established. Especially, simultaneous identification of structural systems and unknown excitation using vision-based displacement measurements is still a challenging task since the unknown excitations do not appear directly in the observation equations. Moreover, measurement accuracy deteriorates over a wider field of view by vision-based monitoring, so, only a portion of the structure is measured instead of targeting a whole structure when using monocular vision. In this paper, the identification of structural system and excitations using vision-based displacement measurements is investigated. It is based on substructure identification approach to treat of problem of limited field of view of vision-based monitoring. For the identification of a target substructure, substructure interaction forces are treated as unknown inputs. A smoothing extended Kalman filter with unknown inputs without direct feedthrough is proposed for the simultaneous identification of substructure and unknown inputs using vision-based displacement measurements. The smoothing makes the identification robust to measurement noises. The proposed algorithm is first validated by the identification of a three-span continuous beam bridge under an impact load. Then, it is investigated by the more difficult identification of a frame and unknown wind excitation. Both examples validate the good performances of the proposed method.
Two-directional functionally graded materials (2D-FGMs) show extraordinary physical properties which makes them ideal candidates for designing smart micro-switches. Pull-in instability is one of the most critical challenges in the design of electrostatically-actuated microswitches. The present research aims to bridge the gap in the static pull-in instability analysis of microswitches composed of 2D-FGM. Euler-Bernoulli beam theory with geometrical nonlinearity effect (i.e. von-Karman nonlinearity) in conjunction with the modified couple stress theory (MCST) are employed for mathematical formulation. The micro-switch is subjected to electrostatic actuation with fringing field effect and Casimir force. Hamilton's principle is utilized to derive the governing equations of the system and corresponding boundary conditions. Due to the extreme nonlinear coupling of the governing equations and boundary conditions as well as the existence of terms with variable coefficients, it was difficult to solve the obtained equations analytically. Therefore, differential quadrature method (DQM) is hired to discretize the obtained nonlinear coupled equations and non-classical boundary conditions. The result is a system of nonlinear coupled algebraic equations, which are solved via Newton-Raphson method. A parametric study is then implemented for clamped-clamped and cantilever switches to explore the static pull-in response of the system. The influences of the FG indexes in two directions, length scale parameter, and initial gap are discussed in detail.
Corrosion of prestressing tendons and wire fractures in grouted post-tensioned prestressed concrete bridges have been considered as a serious safety problem. In bridge evaluation the condition of prestressing tendons should be inspected, and if corroded tendons are found, the loss of tendon area should be included when we calculate the ultimate strength. In the previous study, it was evaluated that continuous acoustic monitoring techniques could be considered as a reliable non-destructive method for detecting wire fractures of fully grouted post-tensioned prestressing tendons. In the present study, an experimental test was performed for detecting wire fractures of post-tensioned prestressing tendons which are prestressed lower than current design level. A 10 m prestressed concrete beam was fabricated, which included two tendons prestressed 66 percentage and 40 percentage of tensile strength, respectively. The corrosion of two tendons was induced by an accelerated corrosion equipment and the test beam was monitored by using seven acoustic sensors and a continuous acoustic monitoring system. From each prestressing tendon, two acoustic signals of wire fractures were successfully detected and source locations were estimated within 20 mm error. Based on the test results, it is considered that continuous acoustic monitoring techniques can be applied to detect low-prestressed wire fracture in fully grouted post-tensioned prestressed concrete beams.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6A
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pp.513-523
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2010
For continuous I-girder bridges, a large negative bending moment is generated near pier region so that plastic hinge is first formed at this point. Then, the bending moment is redistributed when the I-girder has enough flexural ductility (or rotational capacity). However, for I-girder with high strength steel, it is known that the flexural ductility is considerably decreased by increasing the yield strength of material. Thus, it is necessary to conduct a study for guaranteeing proper flexural ductility of I-girder with high-strength steel. In this study, the evaluation of flexural ductility of negative moment region of I-girder with high strength steel where yield stress of steel is 680 MPa is presented based on the results of finite element analysis and experiment. From the results, it is found that the flexural ductility of the I-girder is significantly reduced due to the increase of elastic deformation and the decrease of plastic deformation ability of the material when the yield strength increases. In this study, the method to improve the flexural ductility of I-girder with high strength steel is proposed by an unequal installation of cross beam and an optimal position of cross beam is also suggested. Finally, the effects of the unequal installation of cross beam on the flexural ductility are discussed based on the experimental results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.6
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pp.105-113
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2018
The proposed model to predict the bridge load carrying capacity uses the impact response spectrum. The spectrum is based on Euler-Bernoulli beam and the center of the bridge width for the moving load location. Therefore, it is necessary to investigate the eccentric moving load effects on the impact factor and response factor. For this, this study considers 10 m width and two-lane simply supported slab bridges and performs the moving load analysis to investigate the variations of peak impact factor and corresponding response factor. The numerical results show that the eccentric load increases both the static and dynamic displacements, but the impact factor is decreased since the incremental amount of static displacement is bigger than that of dynamic displacement. However, the difference of the impact factors between the center and eccentric loadings is small showing less than 0.5%p. In the response factor, the eccentric loading increases both the static and dynamic response factors, compared to the center loading. The difference of the response factor is only 0.18%p. It shows that the eccentric loading has very small effects on the response factor, thus the impact factor response spectrum which is generated based on the center moving load can be used to determine the response factor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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