Precast roofing systems employing prestressed elements often serve as smart structural solutions for the construction of industrial buildings. The precast concrete elements usually employed are highly engineered, and often consist in thin-walled members, characterised by a complex behaviour in fire. The present study was carried out after a fire event damaged a precast industrial building made with prestressed beam and roof elements, and non-prestressed curved barrel vault elements interposed in between the spaced roof elements. As a consequence of the exposure to the fire, the main elements were found standing, although some locally damaged and distorted, and the local collapse of few curved barrel vault elements was observed in one edge row only. In order to understand and interpret the observed structural performance of the roof system under fire, a full fire safety engineering process was carried out according to the following steps: (a) realistic temperature-time curves acting on the structural elements were simulated through computational fluid dynamics, (b) temperature distribution within the concrete elements was obtained with non-linear thermal analysis in variable regime, (c) strength and deformation of the concrete elements were checked with non-linear thermal-mechanical analysis. The analysis of the results allowed to identify the causes of the local collapses occurred, attributable to the distortion caused by temperature to the elements causing loss of support in early fire stage rather than to the material strength reduction due to the progressive exposure of the elements to fire. Finally, practical hints are provided to avoid such a phenomenon to occur when designing similar structures.
Lin, Tzu-Kang;Yu, Li-Chen;Ku, Chang-Hung;Chang, Kuo-Chun;Kiremidjian, Anne
Smart Structures and Systems
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v.8
no.1
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pp.119-137
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2011
A bio-inspired two-mode structural health monitoring (SHM) system based on the Na$\ddot{i}$ve Bayes (NB) classification method is discussed in this paper. To implement the molecular biology based Deoxyribonucleic acid (DNA) array concept in structural health monitoring, which has been demonstrated to be superior in disease detection, two types of array expression data have been proposed for the development of the SHM algorithm. For the micro-vibration mode, a two-tier auto-regression with exogenous (AR-ARX) process is used to extract the expression array from the recorded structural time history while an ARX process is applied for the analysis of the earthquake mode. The health condition of the structure is then determined using the NB classification method. In addition, the union concept in probability is used to improve the accuracy of the system. To verify the performance and reliability of the SHM algorithm, a downscaled eight-storey steel building located at the shaking table of the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE) was used as the benchmark structure. The structural response from different damage levels and locations was collected and incorporated in the database to aid the structural health monitoring process. Preliminary verification has demonstrated that the structure health condition can be precisely detected by the proposed algorithm. To implement the developed SHM system in a practical application, a SHM prototype consisting of the input sensing module, the transmission module, and the SHM platform was developed. The vibration data were first measured by the deployed sensor, and subsequently the SHM mode corresponding to the desired excitation is chosen automatically to quickly evaluate the health condition of the structure. Test results from the ambient vibration and shaking table test showed that the condition and location of the benchmark structure damage can be successfully detected by the proposed SHM prototype system, and the information is instantaneously transmitted to a remote server to facilitate real-time monitoring. Implementing the bio-inspired two-mode SHM practically has been successfully demonstrated.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.6
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pp.375-381
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2019
Structural health monitoring to determine structural conditions at an early stage and to efficiently manage the energy requirements of buildings using systems that collects relevant data, is under active investigation. Structural monitoring requires cutting-edge technology in which construction, sensing, and ICT technologies are combined. However, the scope of application is limited because expensive sensors and specialized technical skills are often required. In this study, a Raspberry Pi module, one of the most widely used single board computers, a Lora module that is capable of long-distance communication at low power, and a high-performance accelerometer are used to construct a wireless edge computing system that can monitor building response over an extended time period. In addition, the Raspberry Pi module utilizes an edge computing algorithm, and only meaningful data is obtained from the vast amount of acceleration data acquired in real-time. The raw data acquired using Wi-Fi communication are compared to the Laura data to evaluate the accuracy of the data obtained using the system.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.4
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pp.669-676
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2017
Recently, due to the importance of information security, security vulnerability analysis and various information protection technologies and security systems are being introduced as a countermeasure against cyber-attacks in new as well as existing buildings, and information security studies on high-rise buildings are also being conducted. However, security system introduction and research are generally performed from the viewpoint of general IT systems and security policies, so there is little consideration of the infrastructure of the building. In particular, the BAS or building infrastructure, is a closed system, unlike typical IT systems, but has unique structural features that accommodate open functions. Insufficient understanding of these system structures and functions when establishing a building security policy makes the information security policies for the BAS vulnerable and increases the likelihood that all of the components of the building will be exposed to malicious cyber-attacks via the BAS. In this paper, we propose an architecture reference model that integrates three different levels of BAS structure (from?) different vendors. The architectures derived from this study and the security characteristics and vulnerabilities at each level will contribute to the establishment of security policies that reflect the characteristics of the BAS and the improvement of the safety management of buildings.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.4
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pp.79-88
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2011
Recently, complex-shaped tall buildings represented by 3T(Twisted, Tapered, Tilted) are planed largely. A diagrid structural system is one of the most widely used structural system for complex-shaped tall buildings because of its structural efficiency and formativeness. Plans for tilted tall buildings are largely presented because of beauty of a sculpture and many of buildings use diagrid structural systems. Lateral displacements of tilted tall buildings are induced by not only lateral loads but also self weight. Therefore, reduction of lateral responses of tilted tall buildings is as important as typical tall buildings. In this study, a smart TMD is introduced to reduce seismic responses of tilted diagrid tall buildings and its control performance is evaluated. MR damper is employed for the smart TMD and ground-hook controller is used as a control algorithm for the smart TMD. 100-story tall building is used as an example structure. Control performances of uncontrolled case, controlled case with TMD and controlled case with smart TMD are compared and investigated. Numerical simulation has shown that smart TMD presented good control performance for displacement response but acceleration response was not controlled well.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.5
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pp.434-443
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2007
Presently, the exploration of an unknown environment is an important task for thee new generation of mobile service robots and mobile robots are navigated by means of a number of methods, using navigating systems such as the sonar-sensing system or the visual-sensing system. To fully utilize the strengths of both the sonar and visual sensing systems. This paper presents a technique for localization of a mobile robot using fusion data of multi-ultrasonic sensors and vision system. The mobile robot is designed for operating in a well-structured environment that can be represented by planes, edges, comers and cylinders in the view of structural features. In the case of ultrasonic sensors, these features have the range information in the form of the arc of a circle that is generally named as RCD(Region of Constant Depth). Localization is the continual provision of a knowledge of position which is deduced from it's a priori position estimation. The environment of a robot is modeled into a two dimensional grid map. we defines a vision-based environment recognition, phisically-based sonar sensor model and employs an extended Kalman filter to estimate position of the robot. The performance and simplicity of the approach is demonstrated with the results produced by sets of experiments using a mobile robot.
Drift design is one of the core techniques in the structural design of high-rise buildings and resizing technique is regarded as a practical drift design method for high-rise buildings. In the resizing technique, the structural weight is re-distributed to minimize the target displacement without a change in structural weights. However, the structural weight determined from resizing algorithm is bound to the structural weight based on the preliminary design. Therefore, in this paper, a drift design method that can control the weight of the structure without causing drift control performance to deteriorate is proposed by incorporating the weight control factor in the formulation of resizing algorithm. The proposed drift design method is applied to the drift design of two frame-shear wall systems. The proposed drift design method, in this study, makes it possible to control both the drift and weight of a high-rise building.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.5
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pp.101-109
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2018
Modular structural systems have been used increasingly for low- and mid-rise structures such as school and apartment buildings. Studies have recently been conducted on the application of the modular structural system to high-rise buildings. To provide sufficient resistances and economical construction for the high-rise modular structural system, a composite unit modular structure was proposed. In this study, the strength of the non-symmetric composite column for the proposed composite unit modular structure was investigated through a series of tests. The experimental study focused on the effect of the slenderness of the column, eccentricity, and through bars on the strength of such a column. Design equations for the non-symmetric column for a modular unit structure were also proposed. From the results, it was found that the proposed design equations provide reasonable strength prediction of the non-symmetric composite column for the modular unit structure.
Base isolation, one of the popular seismic protection approaches proven to be effective in practical applications, has been widely applied worldwide during the past few decades. As the techniques mature, it has been recognised that, the biggest issue faced in base isolation technique is the challenge of great base displacement demand, which leads to the potential of overturning of the structure, instability and permanent damage of the isolators. Meanwhile, drain, ventilation and regular maintenance at the base isolation level are quite difficult and rather time- and fund- consuming, especially in the highly populated areas. To address these challenges, a number of efforts have been dedicated to propose new isolation systems, including segmental building, additional storey isolation (ASI) and mid-storey isolation system, etc. However, such techniques have their own flaws, among which whipping effect is the most obvious one. Moreover, due to their inherent passive nature, all these techniques, including traditional base isolation system, show incapability to cope with the unpredictable and diverse nature of earthquakes. The solution for the aforementioned challenge is to develop an innovative vibration isolation system to realise variable structural stiffness to maximise the adaptability and controllability of the system. Recently, advances on the development of an adaptive magneto-rheological elastomer (MRE) vibration isolator has enlightened the development of adaptive base isolation systems due to its ability to alter stiffness by changing applied electrical current. In this study, an innovative semi-active storey isolation system inserting such novel MRE isolators between each floor is proposed. The stiffness of each level in the proposed isolation system can thus be changed according to characteristics of the MRE isolators. Non-dominated sorting genetic algorithm type II (NSGA-II) with dynamic crowding distance (DCD) is utilised for the optimisation of the parameters at isolation level in the system. Extensive comparative simulation studies have been conducted using 5-storey benchmark model to evaluate the performance of the proposed isolation system under different earthquake excitations. Simulation results compare the seismic responses of bare building, building with passive controlled MRE base isolation system, building with passive-controlled MRE storey isolation system and building with optimised storey isolation system.
With more and more built long-term structural health monitoring (SHM) systems, it has been considered to apply monitored data to learn the reliability of bridges. In this paper, based on a long-term SHM system, especially in which the sensors were embedded from the beginning of the construction of the bridge, a method to calculate the localized reliability around an embedded sensor is recommended and implemented. In the reliability analysis, the probability distribution of loading can be the statistics of stress transferred from the monitored strain which covered the effects of both the live and dead loads directly, and it means that the mean value and deviation of loads are fully derived from the monitored data. The probability distribution of resistance may be the statistics of strength of the material of the bridge accordingly. With five years' monitored strains, the localized reliabilities around the monitoring sensors of a bridge were computed by the method. Further, the monitored stresses are classified into two time segments in one year period to count the loading probability distribution according to the local climate conditions, which helps us to learn the reliability in different time segments and their evolvement trends. The results show that reliabilities and their evolvement trends in different parts of the bridge are different though they are all reliable yet. The method recommended in this paper is feasible to learn the localized reliabilities revealed from monitored data of a long-term SHM system of bridges, which would help bridge engineers and managers to decide a bridge inspection or maintenance strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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