The detection of structural damage without a priori information on the healthy state is challenging. In order to address the issue, the study presents a baseline-free approach to detect damage in beam structures based on an actual influence line. In particular, a multi-segment function-fitting calculation is developed to extract the actual deflection influence line (DIL) of a damaged beam from bridge responses due to a passing vehicle. An intact basis function based on the measurement position is introduced. The damage index is defined as the difference between the actual DIL and a constructed function related to the intact basis, and the damage location is indicated based on the local peak value of the damage index curve. The damage basis function is formulated by using the detected damage location. Based on the intact and damage basis functions, damage severity is quantified by fitting the actual DIL using the least-square calculation. Both numerical and experimental examples are provided to investigate the feasibility of the proposed method. The results indicate that the present baseline-free approach is effective in detecting the damage of beam structures.
In the present study, the behavior of steel plate shear walls (SPSW) with variable column flexural stiffness is experimentally and numerically investigated. Altogether six one-bay one-story specimens, three moment resisting frames (MRFs) and three SPSWs, were designed, fabricated and tested. Column flexural stiffness of the first specimen pair (one MRF and one SPSW) corresponded to the value required by the design codes, while for the second and third pair it was reduced by 18% and 36%, respectively. The quasi-static cyclic test result indicate that SPSW with reduced column flexural stiffness have satisfactory performance up to 4% story drift ratio, allow development of the tension field over the entire infill panel, and cause negligible column "pull-in" deformation which indicates that prescribed minimal column flexural stiffness value, according to AISC 341-10, might be conservative. In addition, finite element (FE) pushover simulations using shell elements were developed. Such FE models can predict SPSW cyclic behavior reasonably well and can be used to conduct numerical parametric analyses. It should be mentioned that these FE models were not able to reproduce column "pull-in" deformation indicating the need for further development of FE simulations with cyclic load introduction which will be part of another paper.
Pituba, Jose J. De C.;Delalibera, Rodrigo G.;Rodrigues, Fabio S.
Computers and Concrete
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v.10
no.3
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pp.307-330
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2012
This work intends to contribute for the improvement of the procedure suggested by Brazilian Technical Code that takes into account the cracked concrete stiffness in the estimative of the displacement of reinforced concrete beams submitted to service loads. A damage constitutive model accounting for induced anisotropy, plastic deformations and bimodular elastic response is used in order to simulate the concrete behaviour, while an elastoplastic behaviour is admitted for the reinforcement. The constitutive models were implemented in a program for bars structures analysis with layered finite elements. Initially, the damage model is briefly presented as well as the parametric identification of the materials that have been used in the reinforced concrete beams. After that, beams with different geometries and reinforcement area are analyzed and a statistical method (ANOVA) is employed in order to identify the main variables in the problem. Soon after, the same procedure is used with another resistance of concrete, where the compression strength is changed. The numerical responses are compared with the ones obtained by Brazilian Technical Code and experimental tests in order to validate the use of the damage model. Finally, some remarks are discussed based on responses presented in this work.
Bouamoud, Ahmed;Boucham, Belhadj;Bourada, Fouad;Houari, Mohammed Sid Ahmed;Tounsi, Abdelouahed
Steel and Composite Structures
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v.32
no.5
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pp.611-632
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2019
In this work, a four-variable refined plate model is applied to study the thermomechanical bending of two kinds of functionally graded material (FGM) sandwich plates. The sandwich core of one kind is isotropic with the FGM face sheets whereas in the second kind, the sandwich core is FGM with the isotropic and homogeneous face sheets. By considering only four unknown variables, the governing equations are written based on the principle of virtual work and then Navier method is employed to solve these equations. Deflections and stresses of two kinds of FGM sandwich structures are analyzed and discussed. The validity and efficiency of the proposed model is checked by comparing it with various available solutions in the literature. The effects of volume fraction distribution, geometric ratio and thermal load on thermomechanical bending properties of FGM sandwich plate are investigated in detail.
The classical Kalman filter (KF) provides a practical and efficient way for state estimation. It is, however, not applicable when the external excitations applied to the structures are unknown. Moreover, it is known the classical KF is only suitable for linear systems and can't handle the nonlinear cases. The aim of this paper is to extend the classical KF approach to circumvent the aforementioned limitations for the joint estimation of structural states and the unknown inputs. On the basis of the scheme of the classical KF, analytical recursive solution of an improved KF approach is derived and presented. A revised form of observation equation is obtained basing on a projection matrix. The structural states and the unknown inputs are then simultaneously estimated with limited measurements in linear or nonlinear systems. The efficiency and accuracy of the proposed approach is verified via a five-story shear building, a simply supported beam, and three sorts of nonlinear hysteretic structures. The shaking table tests of a five-story building structure are also employed for the validation of the robustness of the proposed approach. Numerical and experimental results show that the proposed approach can not only satisfactorily estimate structural states, but also identify unknown loadings with acceptable accuracy for both linear and nonlinear systems.
Kim, Yun-Ok;Moon, So-Yeong;Yoon, Hee-Taek;Park, Young-Kon;Kim, Ji-Young
Journal of KIBIM
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v.12
no.3
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pp.18-29
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2022
Recently, research on the application of BIM has continuously been active not only in architecture but also in civil engineering in order to improve work efficiency across the project's planning, design, construction and maintenance phases. However, the empirical applications of BIM targeting to civil engineering scope of construction sites still lags compared to architectural sized projects. This is because BIM tools are mainly based upon vertical structures of architecture, thereby most of them have difficulties and limitations to get utilized on horizontal structures of civil engineering. Therefore, this study intends to propose automation technology of design using BIM library and to indicate its field availability through case application on a railway project representing linear infrastructure. In addition, it put forward the utilization plan of the automation technology upto 4D and 5D by continue making use of the BIM model created in the project's design stage up through the maintenance stage. The novel method of the technology proposed in this paper incorporates the automatic creation of the BIM library based on two-dimensional tunnel cross-sections and sweeping of it over three-dimensional alignment to create a BIM model of linear infrastructure. The proposed technology is anticipated to improve the efficiecny of modeling process of railway projects based on linear structures.
Yesilyurt, Ali;Zulfikar, Abdullah C.;Tuzun, Cuneyt
Earthquakes and Structures
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v.21
no.6
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pp.627-639
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2021
Fragility curves are being more significant as a useful tool for evaluating the relationship between the earthquake intensity measure and the effects of the engineering demand parameter on the buildings. In this paper, the effect of different site conditions on the vulnerability of the structures was examined through the fragility curves taking into account different strength capacities of the precast columns. Thus, typical existing single-story precast RC industrial buildings which were built in Turkey after the year 2000 were examined. The fragility curves for the three typical existing industrial structures were derived from an analytical approach by performing non-linear dynamic analyses considering three different soil conditions. The Park and Ang damage index was used in order to determine the damage level of the members. The spectral acceleration (Sa) was used as the ground motion parameter in the fragility curves. The results indicate that the fragility curves were derived for the structures vary depending on the site conditions. The damage probability of exceedance values increased from stiff site to soft site for any Sa value. This difference increases in long period in examined buildings. In addition, earthquake demand values were calculated by considering the buildings and site conditions, and the effect of the site class on the building damage was evaluated by considering the Mean Damage Ratio parameter (MDR). Achieving fragility curves and MDR curves as a function of spectral acceleration enables a quick and practical risk assessment in existing buildings.
Masonry structures are the most common structural systems that have been used almost all over the world from the earliest ages of history to the present day. These structural systems are often unfavorably affected by natural disasters such as earthquakes. The main reason for this is that they are built without sufficient engineering knowledge. On January 24, 2020, a severe earthquake occurred near the Sivrice District of Elazığ in eastern Turkey. According to the Turkish Directorate of Disaster and Emergency Management (AFAD), the magnitude of the earthquake was 6.8 and the focal depth 8 km. This earthquake caused damage and destruction to the masonry structures used extensively in the region. The Hacı Yusuf Taş (new) mosque in the Malatya city center, located about 64 km from the epicenter of the earthquake, was among the buildings affected by the earthquake. The mosque has smooth-cut stone walls and domes made of brick units. The main dome of the structure was severely damaged during the earthquake. In this study, information about the earthquake is first provided, and the damage to the mosque is then interpreted via photographs. In addition, two separate finite element models were produced, where the current state of mosque and solution suggestions are presented, and response spectrum analyses were carried out. According to these analyses and field observations, a buttress system to the main walls of the structure should be constructed in the direction which has little lateral rigidity.
Previous major earthquakes indicated that the earthquake induced ground motions are typical non-stationary processes, which are non-stationary in both amplification and frequency. For the convenience of aseismic design and analysis, it usually assumes that the ground motions at structural supports are stationary processes. The development of time-frequency analysis technique makes it possible to evaluate the non-stationary responses of engineering structures subjected to non-stationary inputs, which is more general and realistic than the analysis method commonly used in engineering. In this paper, the wavelet-based stochastic vibration analysis methodology is adopted to calculate the non-stationary responses of multi-support structures. For comparison, the stationary response based on the standard random vibration method is also investigated. A frame structure and a two-span bridge are analyzed. The effects of non-stationary spatial ground motion and local site conditions are considered, and the influence of structural property on the structural responses are also considered. The analytical results demonstrate that the non-stationary spatial ground motions have significant influence on the response of multi-support structures.
Zu Irfan;Abdullah Abdullah;Azmeri Azmeri;Moch. Afiffuddin;Rifqi Irvansyah
Earthquakes and Structures
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v.25
no.1
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pp.43-56
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2023
Banda Aceh is one of the areas that sustains the most damage during a natural disaster because it contains so many houses, office buildings, public facilities, and schools. Public structures in coastal areas are highly susceptible to earthquakes, resulting in high casualties and property damage. Several public structures were reconstructed during the reconstruction and rehabilitation period. Because this building is located in an area with a high risk of earthquakes, its capacity must be analyzed initially. Additionally, history indicates that Aceh Province has been struck by numerous earthquakes, including the largest ever recorded in 1983 and the most recent earthquake with a magnitude of 9.3 SR on December 26, 2004. The city of Banda Aceh was devastated by this earthquake, which was followed by a tsunami. The possibility of a large earthquake in Banda Aceh City necessitates that the structures constructed there be resistant to seismic risk. This study's objective was to evaluate the seismic performance of the existing building by applying the method of strengthening the structure in the form of jacketing columns and the addition of steel bracing in order to estimate the performance of the structure using multiple ground motions. Therefore, several public buildings must be analyzed to determine the optimal seismic retrofitting technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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