Jacket-type offshore structures are always exposed to severe environmental conditions such as salt, high speed of current, wave, and wind compared with other onshore structures. In spite of the importance of maintaining the structural integrity for an offshore structure, there are few cases to apply a structural health monitoring (SHM) system in practice. The impedance-based SHM is a kind of local SHM techniques and to date, numerous techniques and algorithms have been proposed for local SHM of real-scale structures. However, it still requires a significant challenge for practical applications to compensate unknown environmental effects and to extract only damage features from impedance signals. In this study, the impedance-based SHM was carried out on a 1/20-scaled model of an Uldolmok current power plant structure in Korea under changes in temperature and transverse loadings. Principal component analysis (PCA)-based approach was applied with a conventional damage index to eliminate environmental changes by removing principal components sensitive to them. Experimental results showed that the proposed approach is an effective tool for long-term SHM under significant environmental changes.
This study aims to propose a performance-based design method of a novel passive base isolation system, BIO isolation system, which is inspired by an energy dissipation mechanism called 'sacrificial bonds and hidden length'. Fragility functions utilized in this study are derived, indicating the probability that a component, element, or system will be damaged as a function of a single predictive demand parameter. Based on PEER framework methodology for Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE), a systematic design procedure using performance and fragility objectives is presented. Base displacement, superstructure absolute acceleration and story drift ratio are selected as engineering demand parameters. The new design method is then performed on a general two degree-of-freedom (2DOF) structure model and the optimal design under different seismic intensities is obtained through numerical analysis. Seismic performances of the biologically inspired (BIO) isolation system are compared with that of the linear isolation system. To further demonstrate the feasibility and effectiveness of this method, the BIO isolation system of a 4-storey reinforced concrete building is designed and investigated. The newly designed BIO isolators effectively decrease the superstructure responses and base displacement under selected earthquake excitations, showing good seismic performance.
The emergence of a growing number of tall buildings, often with unusual shapes and innovative structural systems, has led to the realization of the need for and the importance of field measurements. The new China Central Television (CCTV) Tower in Beijing is one of tall buildings with a highly unusual shape and a complex structural system, requiring field measurements to identify its dynamic characteristics for the subsequent dynamic analysis of the tower under wind excitation, seismic-induced ground motion and traffic-induced ground motion. The structural system and the finite element model of the CCTV Tower are first introduced in this paper. The computed natural frequencies and mode shapes are then presented as a reference for the field measurement. After introducing the arrangement of the ambient vibration measurement, the field measured natural frequencies and damping ratios of the CCTV Tower are presented and the measured natural frequencies are finally compared with the computed ones. It was found that the structural damping ratios of the CCTV Tower are small and the computed natural frequencies are smaller than the measured ones by about 12~17%.
A challenging problem in structural damage detection based on vibration data is the requirement of a large number of sensors and the numerical difficulty in obtaining reasonably accurate results when the system is large. To address this issue, the substructure identification approach may be used. Due to practical limitations, the response data are not available at all degrees of freedom of the structure and the external excitations may not be measured (or available). In this paper, an adaptive damage tracking technique, referred to as the sequential nonlinear least-square estimation with unknown inputs and unknown outputs (SNLSE-UI-UO) and the sub-structure approach are used to identify damages at critical locations (hot spots) of the complex structure. In our approach, only a limited number of response data are needed and the external excitations may not be measured, thus significantly reducing the number of sensors required and the corresponding computational efforts. The accuracy of the proposed approach is illustrated using a long-span truss with finite-element formulation and an 8-story nonlinear base-isolated building. Simulation results demonstrate that the proposed approach is capable of tracking the local structural damages without the global information of the entire structure, and it is suitable for local structural health monitoring.
Minte, Zhang;Tong, Guo;Ruizhao, Zhu;Yueran, Zong;Zhihong, Pan
Smart Structures and Systems
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v.30
no.6
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pp.557-569
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2022
Vibration-based structural health monitoring (SHM) is crucial for the dynamic maintenance of civil building structures to protect property security and the lives of the public. Analyzing these vibrations with modern artificial intelligence and deep learning (DL) methods is a new trend. This paper proposed an unsupervised deep learning method based on a convolutional autoencoder (CAE), which can overcome the limitations of conventional supervised deep learning. With the convolutional core applied to the DL network, the method can extract features self-adaptively and efficiently. The effectiveness of the method in detecting damage is then tested using a benchmark model. Thereafter, this method is used to detect damage and instant disaster events in a rubber bearing-isolated gymnasium structure. The results indicate that the method enables the CAE network to learn the intact vibrations, so as to distinguish between different damage states of the benchmark model, and the outcome meets the high-dimensional data distribution characteristics visualized by the t-SNE method. Besides, the CAE-based network trained with daily vibrations of the isolating layer in the gymnasium can precisely recover newly collected vibration and detect the occurrence of the ground motion. The proposed method is effective at identifying nonlinear variations in the dynamic responses and has the potential to be used for structural condition assessment and safety warning.
Full-scale shake table seismic experiments and low-amplitude vibration tests on a masonry building are carried out to assess its seismic performance as well as study the effectiveness of a new multifunctional textile material for retrofitting masonry structures against earthquakes. The un-reinforced and the retrofitted with glass fiber reinforced polymer (GFRP) strips masonry building was subjected to a series of earthquake excitations of increasing magnitude in order to progressively induce various small, moderate and severe levels of damage to the masonry walls. The performance of the original and retrofitted building states is evaluated. Changes in the dynamic characteristics (lowest four modal frequencies and damping ratios) of the building are used to assess and quantify the damage states of the masonry walls. For this, the dynamic modal characteristics of the structure states after each earthquake event were estimated by performing low-amplitude impulse hammer and sine-sweep forced vibration tests. Comparisons between the modal results calculated using traditional accelerometers and those using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors embedded in the reinforcing textile were carried on to investigate the reliability and accuracy of FBG sensors in tracking the dynamic behaviour of the building. The retrofitting actions restored the stiffness characteristics of the reinforced masonry structure to the levels of the original undamaged un-reinforced structure. The results show that despite a similar dynamic behavior identified, corresponding to reduction of the modal frequencies, the un-reinforced masonry building was severely damaged, while the reinforced masonry building was able to withstand, without visual damage, the induced strong seismic excitations. The applied GFRP reinforcement architecture for one storey buildings was experimentally proven reliable for the most severe earthquake accelerations. It was easily placed in a short time and it is a cost effective solution (covering only 20% of the external wall surfaces) when compared to the cost for full wall coverage by GFRPs.
Computational Building Information Modeling (BIM) is an intelligent 3D model-based process that provides architecture, engineering, and construction professionals the insight to plan, design, construct, and manage buildings and infrastructure more efficiently. This paper aims at using BIM in Hospitals configurations protection. Infrastructure projects are classified as huge structural projects taking advantage of many resources such as finance, materials, human labor, facilities and time. Immense expenses in infrastructure programs should be allocated to estimating the expected results of these arrangements in domestic economy. Hence, the significance of feasibility studies is inevitable in project construction, in this way the necessity in promoting the strategies and using global contemporary technologies in the process of construction maintenance cannot be neglected. This paper aims at using the building information modeling in covering Imam Khomeini Hospital's equipment. First, the relationship between hospital constructions maintenance and repairing, using the building information modeling, is demonstrated. Then, using library studies, the effective factors of constructions' repairing and maintenance were collected. Finally, the possibilities of adding these factors in Revit software, as one of the most applicable software within BIM is investigated and have been identified in some items, where either this software can enter or the software for supporting the repairing and maintenance phase lacks them. The results clearly indicated that the required graphical factors in construction information modeling can be identified and applied successfully.
Husain, A.;Al-Bahar, Suad Kh.;Salam, Safaa A. Abdul
Smart Structures and Systems
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v.17
no.6
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pp.981-994
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2016
Two field research stations based upon atmospheric corrosivity monitoring combined with reinforced concrete corrosion rate sensors have been established in Kuwait. This was established for the purpose of remote monitoring of building materials performance for concrete under Kuwait atmospheric environment. The two field research sites for concrete have been based upon an outcome from a research investigation intended for monitoring the atmospheric corrosivity from weathering station distributed in eight areas, and in different regions in Kuwait. Data on corrosivity measurements are essential for the development of specification of an optimized corrosion resistance system for reinforced concrete manufactured products. This study aims to optimize, characterize, and utilize long-term concrete structural health monitoring through on line corrosion measurement and to determine the feasibility and viability of the integrated anode ladder corrosion sensors embedded in concrete. The atmospheric corrosivity categories supported with GSM remote data acquisition system from eight corrosion monitoring stations at different regions in Kuwait are being classified according to standard ISO 9223. The two nominated field sites where based upon time of wetness and bimetallic corrosion rate from atmospheric data where metals and rebar's concrete are likely to be used. Eight concrete blocks with embeddable anodic ladder corrosion sensors were placed in the atmospheric zone adjacent to the sea shore at KISR site. The anodic ladder corrosion rate sensors for concrete were installed to provide an early warning system on prediction of the corrosion propagation and on developing new insights on the long-term durability performance and repair of concrete structures to lower labor cost. The results show the atmospheric corrosivity data of the environment and the feasibility of data retrieval of the corrosion potential of concrete from the embeddable sets of anodic ladder corrosion sensors.
Park, Wan-Shin;Yun, Hyun-Do;Chung, Jae-Yong;Kim, Yong-Chul
Structural Engineering and Mechanics
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v.20
no.6
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pp.695-712
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2005
Hybrid coupled shear walls in tall buildings are known as efficient structural systems to provide lateral resistance to wind and seismic loads. Multiple hybrid coupled shear walls throughout a tall building should be joined to provide additional coupling action to resist overturning moments caused by the lateral loading. This can be done using a coupling beam which connects two shear walls. In this study, experimental studies on the hybrid coupled shear wall were carried out. The main test variables were the ratios of coupling beam strength to connection strength. Finally, this paper provides background for rational design guidelines that include a design model to behave efficiently hybrid coupled shear walls.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.84-87
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2009
본 논문에서는 최근 초고층 건축물에 많이 활용되어지는 기둥-가새 시스템인 다이아그리드 시스템을 활용하여 중저층 건축물에 적용가능성을 평가하였다. 본 시스템은 튜브구조의 형태로 횡력에 대한 저항력이 우수하며 중력하중과 황하중을 기초와 지반에 안전하게 하중을 전달한다. 다이아그리드는 경사기둥과 보를 반복적으로 삼각형 형태로 배치되어 중력하중을 받을 경우 수직부재는 압축력을 보는 인장력을 받게 된다. 경사기둥과 보를 연결하는 접합부는 H-형강으로 설계 시 제작이 복잡하고 외관이 좋지 않다. 하지만 원형강관을 사용 할 경우 복합하지 않은 형태로 설계가 가능하고 외관이 우수하기 때문에 외부에 노출이 가능해진다. 또한 원형강관은 개방형 단면 부재에 비해 압축좌굴과 비틀림에 대한 성능 등이 우수하여 구조적인 성능이 우수하다. 원형강관을 이용하여 다이아그리드 시스템이 고층 건축물 뿐만 아니라 중저층 건축물에도 적용 타당성을 검토하였으며 원형강관 접합부 설계는 한계상태설계법이 사용 된 KBC2008(안)을 이용하여 설계하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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