Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.25
no.12
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pp.830-842
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2015
This paper aims to develop a SI(structural identification) technique using the kinetic energy optimization technique(KEOT) and the direct matrix updating method(DMUM) to decide on optimal location of sensors and to update FE model respectively, which ultimately contributes to a composition of more effective SHM. Owing to the characteristic structural flexing behavior of cable bridges, which makes them vulnerable to any vibration, systematic and continuous structural health monitoring (SHM) is pivotal for them. Since it is necessary to select optimal measurement locations with the fewest possible measurements and also to accurately assess the structural state of a bridge for the development of an effective SHM, a SI technique is as much important to accurately determine the modal parameters of the current structure based on the data optimally obtained. In this study, the KEOT was utilized to determine the optimal measurement locations, while the DMUM was utilized for FE model updating. As a result of experiment, the required number of measurement locations derived from KEOT based on the target mode was reduced by approximately 80 % compared to the initial number of measurement locations. Moreover, compared to the eigenvalue of the modal experiment, an improved FE model with a margin of error of less than 1 % was derived from DMUM. Finally, the SI technique for long-span bridges proposed in this study, which utilizes both KEOT and DMUM, is proven effective in minimizing the number of sensors while accurately determining the structural dynamic characteristics.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.1
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pp.7-13
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2011
Accurate response analysis of long span bridges subjected to seismic excitation is important for earthquake hazard mitigation. In this paper, the performance of a typical four span continuous reinforced concrete bridge model subjected to asynchronous multiple seismic excitations at the supports is investigated in both the time and frequency domains and the results are compared with that from a relevant uniform support excitations. In the time domain analysis, a linear modal superposition approach is used to compute the peak response values. In the frequency domain analysis, linear random vibration theory is used to determine the root mean square response values where the cross correlation effects between the modal and the support excitations on the seismic response of the bridge model are included. From the two sets of results, a practical range of peak factors which are defined to be the ratio of peak and the root mean square responses are suggested for displacements and forces in members. With reliable practical values of peak factors, the frequency domain analysis is preferred for the performance based design of bridges because of the computational advantage and the generality of the results as the time domain analysis only yields results for the specific excitation input.
With the wider availability of sensor technology through easily affordable sensor devices, several Structural Health Monitoring (SHM) systems are deployed to monitor vital civil infrastructure. The continuous monitoring provides valuable information about the health of the structure that can help provide a decision support system for retrofits and other structural modifications. However, when the sensors are exposed to harsh environmental conditions, the data measured by the SHM systems tend to be affected by multiple anomalies caused by faulty or broken sensors. Given a deluge of high-dimensional data collected continuously over time, research into using machine learning methods to detect anomalies are a topic of great interest to the SHM community. This paper contributes to this effort by proposing a relatively new time series representation named "Shapelet Transform" in combination with a Random Forest classifier to autonomously identify anomalies in SHM data. The shapelet transform is a unique time series representation based solely on the shape of the time series data. Considering the individual characteristics unique to every anomaly, the application of this transform yields a new shape-based feature representation that can be combined with any standard machine learning algorithm to detect anomalous data with no manual intervention. For the present study, the anomaly detection framework consists of three steps: identifying unique shapes from anomalous data, using these shapes to transform the SHM data into a local-shape space and training machine learning algorithms on this transformed data to identify anomalies. The efficacy of this method is demonstrated by the identification of anomalies in acceleration data from an SHM system installed on a long-span bridge in China. The results show that multiple data anomalies in SHM data can be automatically detected with high accuracy using the proposed method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.77-83
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2014
Prestressed concrete girder bridge has been one of the most widely used bridges in the world because of its excellent construction feasibility, economic efficiency, serviceability, and safety. In certain situations, the prestressing tendon is supposed to be bent by the construction error and the radius of curvature at the continuous joint of PSC girders, and this leads to the loss of prestressing force. However, this kind of prestress loss is not considered in the design and construction processes. This study proves that the prestress loss occurs at the continuous joint due to the local bending of tendon by the construction error or the radius of curvature. Also, a method that can reduce this type of prestress loss is proposed, and proved by the experiment. The result shows that maximum 10% of prestress loss occurs at the continuous joint and the proposed block-out method can reduce the prestress loss ratio by maximum 5%, approximately. This means that the block-out method can enhance the prestressing efficiency of continuous PSC girder bridges.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.5
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pp.84-95
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2019
This paper reports the process of seismic fragility analysis for the rahman-type continuous bridge system. The target structure was the five span highway bridge with maximum pier hight of 72m. OpenSees software was used for the nonlinear time history analysis. In this study, 50 ground motions are considered for nonlinear time history analysis. For each ground motion, PGA was scaled from 0.1g to 2.0g with intervals of 0.1g in order to consider a wide range of the seismic intensity measure. In addition, yield displacement and ultimate displacement of each pier were calculated through section analysis. Based on the result of non linear time history analysis and section analysis, damage condition of target bridge was classified according to the definition of damage condition proposed by Barbat et al. As a result, it was predicted that Extensive Damage occurred at P1 when 0.731 g earthquake occurred in the longitudinal direction. Based on the seismic fragility analysis results, it is found that the probability of occurrence of Extensive Damage in the 4,800 - year period earthquake was about 4.2%. Therefore the target bridge has enough safety for earthquake.
Conventional lead-rubber bearings may be unstable in case of strong ground motions. To address this problem, this paper proposed a new concept of isolation device wherein shape memory alloy wires were incorporated in an elastomeric bearing. A three-span continuous steel bridge was used for seismic analyses to compare the performance of lead-rubber and proposed bearings. The proposed bearings showed almost the same performance as the lead-rubber bearings. In particular, the proposed bearings limited relative displacement effectively with strong ground motions and recovered its original undeformed shape.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.5
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pp.29-36
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2002
In the maintenance and retrofit planning of a bridge system, the optimal strategy for inspection and repair are suggested by minimizing the expected total life-cycle cost, which includes the initial cost, the costs of inspection, repair, and failure. Degradation of seismic performance is modeled by using a damage function. And failure probability is computed according to the degree of damage detection by random vibration theory and the event tree analysis. As an example to illustrate the proposed approach, a 10-span continuous bridge structure is used. The numerical results show that the optimum number of the inspection and the repair are increased, as the seismic intensity is increased and the soil condition of a site becomes more flexible.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.10
no.2
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pp.49-58
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1990
A numerical procedure is developed to analyze the time-dependent deflections of prestressed concrete bridges constructed by the segmental cantilever method. The developed computer program accounts for the time-dependent properties of prestressed concrete materials due to the varying modulus of elasticity, creep and shrinkage of concrete and the stress relaxation of prestressing steel. It also accounts for the stiffness increase due to the presence of the steel reinforcements and the effects of the shear deformation of the prestressed concrete bridge girders. The program is applied to a multi-span continuous segmental prestressed concrete bridge to demonstrate its capabilities and to explore the behavior characteristics of the segmental bridges.
Attarchiana, Nahid;Kalantari, Afshin;Moghadam, Abdolreza S.
Earthquakes and Structures
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v.10
no.6
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pp.1467-1486
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2016
This research focuses on seismic performance of a class of single pier skewed bridges with three different pier-deck connections; skew angles vary from $0^{\circ}$ to $60^{\circ}$. A well-documented four span continuous deck bridge has been modeled and verified. Seat-type connections with fixed and sliding bearings plus monolithic pier-deck connections are studied. Shear keys are considered either fully operational or ineffective. Seismic performances of the bridges and the structural components are investigated conducting bidirectional nonlinear time history analysis in OpenSees. Several global and intermediate engineering demand parameters (EDP) have been studied. On the basis of results, the values of demand parameters of skewed bridges, such as displacement and rotation of the deck plus plastic deformation and torsional demand of the piers, increase as the skew angle increases. In order to eliminate the deck collapse probability, the threshold skew angle is considered as $30^{\circ}$ in seat-type bridges. For bridges with skew angles greater than $30^{\circ}$, monolithic pier-deck connections should be applied. The functionality of shear keys is critical in preventing large displacements in the bearings. Pinned piers experience considerable ductility demand at the bottom.
Skewed bridges, being irregular structures with complicated dynamic behavior, are more susceptible to earthquake damage. Reliable seismic-resistant design of skewed bridges can be achieved by accurate determination of nonlinear seismic demands. However, the effect of geometric characteristics on the response modification factor (R-factor) is not accounted for in bridge design practices. This study attempts to investigate the effects of changes in the number of spans, skew angle and bearing stiffness on R-factor values and to assess the seismic fragility of skewed bridges. Results indicated that changes in the skew angle had no significant effect on R-factor values which were in consonance with code-prescribed R values. Also, unlike the increase in the number of spans that resulted in a decrease in the R-factor, the increase in bearing stiffness led to higher R-factor values. Findings of the fragility analysis implied that although the increase in the number of spans, as well as the increase in the skew angle, led to a higher failure probability, greater values of bearing stiffness reduced the collapse probability. For practicing design engineers, it is recommended that maximum demands on substructure elements to be calculated when the excitation angle is applied along the principal axes of skewed bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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