The damage in concrete structures generally starts with microcracking and thus it is important to find and explore these microcracks in concrete in order to ensure appropriate safety and serviceability. The purpose of the present study is to identify the damage characteristics of concrete structures due to cracking by employing the acoustic emission techniques. A comprehensive experimental study has been done. The cracking damage under tensile and flexural loadings have been identified and the bond damage between steel and concrete have been also characterized. It is seen that the amplitudes and energy level of Acoustic Emission(AE) events are found to be relatively small for bond cracking damages and large for tensile cracking damages. The characteristic equations of the AE events for various cracking damages have been proposed based on the present test data. The internal microcracks are progressively developed ahead of a visible actual crack and the present study clearly exhibits these damage mechanism for various types of cracking in concrete. The present study provides useful data which can be used to identify the various types of cracking damages in concrete structures. This will allow efficient maintenance of concrete structures through monitoring of internal cracking based on acoustic emission.
This paper proposes a two-stage imaging approach for quantitative inspection of damages in metallic plates using the fundamental anti-symmetric mode of ($A_0$) Lamb wave. The proposed approach employs a number of transducers to transmit and receive $A_0$ Lamb wave pulses, and hence, to sequentially scan the plate structures before and after the presence of damage. The approach is applied to image the corrosion damages, which are simplified as a reduction of plate thickness in this study. In stage-one of the proposed approach a damage location image is reconstructed by analyzing the cross-correlation of the wavelet coefficient calculated from the excitation pulse and scattered wave signals for each transducer pairs to determine the damage location. In stage-two the Lamb wave diffraction tomography is then used to reconstruct a thickness reduction image for evaluating the size and depth of the damage. Finite element simulations are carried out to provide a comprehensive verification of the proposed imaging approach. A number of numerical case studies considering a circular transducer network with eight transducers are used to identify the damages with different locations, sizes and thicknesses. The results show that the proposed methodology is able to accurately identify the damage locations with inaccuracy of the order of few millimeters of a circular inspection area of $100mm^2$ and provide a reasonable estimation of the size and depth of the damages.
Vibration based damage detection is very popular in the civil engineering area. Especially, special structures like dams, long-span bridges and high-rise buildings, need continues monitoring in terms of mechanical properties of material, static and dynamic behavior. It has been stated in the International Commission on Large Dams that more than half of the large concrete dams were constructed more than 50 years ago and the old dams have subjected to repeating loads such as earthquake, overflow, blast, etc.,. So, some unexpected failures may occur and catastrophic damages may be taken place because of theloss of strength, stiffness and other physical properties of concrete. Therefore, these dams need repairs provided with global damage evaluation in order to preserve structural integrity. The paper aims to show the effectiveness of the model updating method for global damage detection on a laboratory arch dam model. Ambient vibration test is used in order to determine the experimental dynamic characteristics. The initial finite element model is updated according to the experimentally determined natural frequencies and mode shapes. The web thickness is selected as updating parameter in the damage evaluation. It is observed from the study that the damage case is revealed with high accuracy and a good match is attained between the estimated and the real damage cases by model updating method.
Based on the shaking table tests of a 1:3.52 scale one-bay and one-story ancient wooden structure, a simplified structural mechanics model was established, and the structural state equation and observation equation were deduced. Under the action of seismic waves, the damage rule of initial stiffness and yield stiffness of the joint was obtained. The force hammer percussion test and finite element calculations were carried out, and the structural response was obtained. Considering the 5% noise disturbance in the laboratory environment, the stiffness parameters of the mortise-tenon joint were identified by the partial least squares of singular value decomposition (PLS-SVD) and the Extended Kalman filter (EKF) method. The results show that dynamic and static cohesion method, PLS-SVD, and EKF method can be used to identify the damage degree of structures, and the stiffness of the mortise-tenon joints under strong earthquakes is reduced step by step. Using the proposed model, the identified error of the initial stiffness is about 0.58%-1.28%, and the error of the yield stiffness is about 0.44%-1.21%. This method has high accuracy and good applicability for identifying the initial stiffness and yield stiffness of the joints. The identification method and research results can provide a reference for monitoring and evaluating actual engineering structures.
This paper presents damage detection and estimation of stiffness parameter on a concrete scale model and a real structure of concrete pontoon using dynamic properties such as mode shapes and natural frequencies. In case of damage detection, dynamic impact test on a concrete scale model is accomplished to extract mode shapes and the practicality is verified by utilizing a damage detection technique. And the stiffness parameter of a real structure of concrete pontoon was estimated via system identification technique using the natural frequencies of the structure. The results indicate that the damaged elements of the scale model are found exactly using damage detection technique and the effective stiffness property of the real structure of concrete pontoon can be estimated by system identification technique.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2011.04a
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pp.278-281
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2011
The global coordinates generated from Isomap algorithm provide a simple way to analyze and manipulate high dimensional observations in terms of their intrinsic nonlinear degrees of freedom. Thus, Isomap can find globally meaningful coordinates and nonlinear structure of complex data sets, while neither principal component analysis (PCA) nor multidimensional scaling (MDS) are successful in many cases. It is demonstrated that the adapted Isomap algorithm successfully enhances the quality of pattern classification for damage identification in various numerical examples.
A two-step procedure to detect and quantify damages in structures from changes in curvature mode shapes is presented here. In the first step the maximum difference in curvature mode shapes of the undamaged and damaged structure are used for visual identification of the damaged internal-substructure. In the next step, the identified substructures are searched using unified particle swarm optimization technique for exact identification of damage location and amount. Efficiency of the developed procedure is demonstrated using beam like structures. This methodology may be extended for identifying damages in general frame structures.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.04a
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pp.136-143
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1995
The problem of the structural identification becomes important, particularly with relation to the rapid increase of the number of the damaged or deteriorated structures, such as highway bridges, buildings, and industrial facilities. This paper summarizes the recent studies related to those problems by the present authors. The system identfication methods are generally classified as the time domain and the frequency domain methods. As time doamin methods, the sequential algorithms such as the extended Kalman filter and the sequential prediction error method are studied. Several techniques for improving the convergences are incorporated. As frequency domain methods, a new frequency response function estimator is introduced. For damage estimation of existing structures, the modal perturbation and the sensitivity matrix methods are studied. From the example analysis, it has been found that the combined utilization of the measurement data for the static response and the dynamic (modal) properties are very effictive for the damage estimation.
In this paper, adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) and artificial neural networks (ANNs) techniques are developed and applied to identify damage in a model steel girder bridge using dynamic parameters. The required data in the form of natural frequencies are obtained from experimental modal analysis. A comparative study is made using the ANNs and ANFIS techniques and results showed that both ANFIS and ANN present good predictions. However the proposed ANFIS architecture using hybrid learning algorithm was found to perform better than the multilayer feedforward ANN which learns using the backpropagation algorithm. This paper also highlights the concept of ANNs and ANFIS followed by the detail presentation of the experimental modal analysis for natural frequencies extraction.
In this paper, the harmonic displacement response of a damaged square plate with all-over part-through damage parallel to one edge is utilized as the input signal function in wavelet analysis. The method requires the properties of the damaged plate, i.e., no information about the original undamaged structure is required. The location of damage is identified by sudden changes in the spatial variation of transformed response. The incurred damage causes a change in the stiffness or mass of the plate. This causes a localized singularity which can be identified by a wavelet analysis of the displacement response. In this study via numerical examples shown by using harmonic response is more versatile and effective compared with the static deflection response, specially in the presence of noise. In the light of the obtained results, suggestions for future work are presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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