Sevim, Baris;Altunisik, Ahmet Can;Bayraktar, Alemdar
Computers and Concrete
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v.10
no.3
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pp.277-294
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2012
The aim of the study is to determine the modal parameters of a prototype damaged arch dam by operational modal analysis (OMA) method for some damage scenarios. For this purpose, a prototype arch dam-reservoir-foundation model is constructed under laboratory conditions. Ambient vibration tests on the arch dam model are performed to identify the modal parameters such as natural frequency, mode shape and damping ratio. The tests are conducted for four test-case scenarios: an undamaged dam with empty reservoir, two different damaged dams with empty reservoirs, and a damaged dam with full reservoir. Loading simulating random impact effects is applied on the dam to crack. Cracks and fractures occurred at the middle of the upper part of the dams and distributed through the abutments. Sensitivity accelerometers are placed on the dams' crests to collect signals for measurements. Operational modal analysis software processes the signals collected from the ambient vibration tests, and enhanced frequency domain decomposition and stochastic subspace identification techniques are used to estimate modal parameters of the dams. The modal parameters are obtained to establish a basis for comparison of the results of two techniques for each damage case. Results show that approximately 35-40% difference exists between the natural frequencies obtained from Case 1 and Case 4. The natural frequencies of the dam considerably decrease with increasing cracks. However, observation shows that the filled reservoir slightly affected modal parameters of the dam after severe cracking. The mode shapes obtained are symmetrical and anti-symmetrical. Apparently, mode shapes in Case 1 represent the probable responses of arch dams more accurately. Also, damping ratio show an increase when cracking increases.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.4
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pp.395-404
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2000
A damage detection and assessment algorithm is developed by measuring accelerations at limited locations of a structure under forced vibrations. The developed algorithm applies a time-domain system identification (SI) method that identifies a structure by solving a linearly constrained nonlinear optimization problem for optimal structural parameters. An equation error of the dynamic equilibrium of motion is minimized to estimate optimal parameters. An adaptive parameter grouping scheme is applied to localize damaged members with sparse measured accelerations. Damage is assessed in a statistical manner by applying a time-windowing technique to the measured time history of acceleration. Displacements and velocities at the measured degrees of freedom (DOF) are computed by integrating the measured accelerations. The displacements at the unmeasured DOF are estimated as additional unknowns to the unknown structural parameters, and the corresponding velocities and accelerations we computed by a numerical differentiation. A numerical simulation study with a truss structure is carried out to examine the efficiency of the algorithm. A data perturbation scheme is applied to determine the thresholds lot damage indices and to compute the damage possibility of each member.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.121-128
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2003
In recent years, various artificial neural network algorithms are used in the damage assessment of civil infrastructures. So far, many researchers have used the artificial neural network as a pattern classifier for the structural damage assessment but, in this paper, the neural network is used as a structural reanalysis tool not as a pattern classifier. For the model updating using the optimization algorithm, the summation of the absolute differences in the structural vibration modes between undamaged structures and damaged ones is considered as an objective function. The stiffness of structural components are treated as unknown parameters to be determined. The structural damage detection is achieved using model updating based on the optimization techniques which determine the estimated stiffness of components minimizing the objective function. For the verification of the proposed damage identification algorithm, it is numerically applied to a simply supported bridge model.
Sanjideh, Bahador Adel;Hamzehkolaei, Azadeh Ghadimi;Hosseinzadeh, Ali Zare;Amiri, Gholamreza Ghodrati
Structural Engineering and Mechanics
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v.84
no.4
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pp.489-502
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2022
This paper is aimed at developing an optimization-based Finite Element model updating approach for structural damage identification and quantification. A modal flexibility-based error function is introduced, which uses modal assurance criterion to formulate the updating problem as an optimization problem. Because of the inexplicit input/output relationship between the candidate solutions and the error function's output, a robust and efficient optimization algorithm should be employed to evaluate the solution domain and find the global extremum with high speed and accuracy. This paper proposes a new multi-stage Selective Particle Swarm Optimization (SPSO) algorithm to solve the optimization problem. The proposed multi-stage strategy not only fixes the premature convergence of the original Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, but also increases the speed of the search stage and reduces the corresponding computational costs, without changing or adding extra terms to the algorithm's formulation. Solving the introduced objective function with the proposed multi-stage SPSO leads to a smart feedback-wise and self-adjusting damage detection method, which can effectively assess the health of the structural systems. The performance and precision of the proposed method are verified and benchmarked against the original PSO and some of its most popular variants, including SPSO, DPSO, APSO, and MSPSO. For this purpose, two numerical examples of complex civil engineering structures under different damage patterns are studied. Comparative studies are also carried out to evaluate the performance of the proposed method in the presence of measurement errors. Moreover, the robustness and accuracy of the method are validated by assessing the health of a six-story shear-type building structure tested on a shake table. The obtained results introduced the proposed method as an effective and robust damage detection method even if the first few vibration modes are utilized to form the objective function.
Coastal cities suffer a great deal of storm and wind damage. The storm and wind characteristics vary between cities. Therefore, a storm and wind damage management system suited for specific characteristics is required for each coastal city. In this study, we analyze the current situation and establish the problem of storm and wind damage management system in regards to urban management, coastal management and disaster management. We also review the storm and wind damage management system for the USA and Japan. We consequently propose a plan to improve the storm and wind damage management system. As a result of the study, in terms of city management, we recommend the compulsory identification of disaster prevention districts, implementation of the integrated coastal city management plan, designation of natural disaster risk mitigation area as disaster prevention district, the division of disaster prevention district into wind damage prevention district, storm damage prevention district, erosion damage prevention district, the building of restrictions at the disaster prevention district by ordinance, etc. In regards to coastal management, we suggest the delegation of authority to delegate coastal erosion management area to the local government, the subdivision of coastal erosion management area into erosion serious area, erosion progress area, erosion concern area, the building restrictions at coastal erosion management area by ordinance, development of erosion prediction chart, etc. In relation to disaster management, we recommend the integration of "countermeasures against natural disasters act" and "disasters and safety management basic act", the local government-led disaster prevention system, the local disaster management network, and the customized local disaster prevention plan, etc.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1467-1474
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2004
In this study, a new damage identification method for beam-like structures with a fatigue crack is proposed. which does not require comparative measurement on an intact structure but require several measurements at different level of excitation forces on the cracked structure. The idea comes from the fact that dynamic behavior of a structure with a fatigue crack changes with the level of the excitation force. The 2$^{nd}$ spatial derivatives of frequency response functions along the longitudinal direction of a beam are used as the sensitive indicator of crack existence. Then, weighting function is employed in the averaging process in frequency domain to account for the modal participation of the differences between the dynamic behavior of a beam with a fatigue crack at the low excitation and one at the high excitation. Subsequently, a damage index is defined such that the location and level of the crack may be identified. It is shown from the analysis of vibration measurements in this study that comparison of frequency response characteristics of a beam with a single fatigue crack at different level of excitation forces enables an effective detection of the crack.
This paper presents a methodology through which the time series of the dynamic response of mooring line tension can be predicted without relying on a time-consuming nonlinear time-domain analysis. The mooring line tension for the target short-term sea states was predicted using a Hammerstein-Wiener model, a popular system identification scheme, based upon the pre-calculated motion-tension time history data for some selected short-term sea states that do not overlap with the targeted ones. The obtained mooring line tension was further processed, and a fatigue damage comparison was made between the predicted and calculated values. The results showed that the predicted time series of the mooring line tension matched the calculated one fairly well. Thus, it is expected that the methodology may be employed to enhance the efficiency of mooring line tension analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.9-20
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1999
A method is proposed to estimate the joint damages of a steel structure from modal data using the neural networks technique. The beam-to-column connection in a steel frame structure is represented by a zero-length rotational spring of the end of the beam element, and the connection fixity factor is defined based on the rotational stiffness so that the factor may be in the range 0~1.0. Then, the severity of joint damage is defined as the reduction ratio of the connection fixity factor. Several advanced techniques are employed to develop the robust damage identification technique using neural networks. The concept of the substructural indentification is used for the localized damage assessment in the large structure. The noise-injection learning algorithm is used to reduce the effects of the noise in the modal data. The data perturbation scheme is also employed to assess the confidence in the estimated damages based on a few sets of actual measurement data. The feasibility of the proposed method is examined through a numerical simulation study on a 2-bay 10-story structure and an experimental study on a 2-story structure. It has been found that the joint damages can be reasonably estimated even for the case where the measured modal vectors are limited to a localized substructure and the data are severely corrupted with noise.
Kim, Jun Young;Kwon, Hyuk Woo;Yun, Yeo Hong;Kim, Seong Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.5
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pp.909-917
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2016
The shiitake mushroom industry has suffered from Camptomyia (gall midges) pest, which feeds on the mycelium of shiitake mushroom during its cultivation. It has been postulated that fungal damage of shiitake bed-logs is associated with infestation by the insect pest, but this is not well understood. To understand the fungal damage associated with Camptomyia pest, various Trichoderma species were isolated, identified, and characterized. In addition to two previously known Trichoderma species, T. citrinoviride and T. deliquescens, two other Trichoderma species, T. harzianum and T. atroviride, were newly identified from the pestinfested bed-log samples obtained at three mushroom farms in Cheonan, Korea. Among these four species, T. harzianum was the most evident. The results of a chromogenic media-based assay for extracellular enzymes showed that these four species have the ability to produce amylase, carboxyl-methyl cellulase, avicelase, pectinase, and ß-glucosidase, thus indicating that they can degrade wood components. A dual culture assay on PDA indicated that T. harzianum, T. atroviride, and T. citrinoviride were antagonistic against the mycelial growth of a shiitake strain (Lentinula edodes). Inoculation tests on shiitake bed-logs revealed that all four species were able to damage the wood of bed-logs. Our results provide evidence that the four green mold species are the causal agents involved in fungal damage of shiitake bed-logs infested by Camptomyia pest.
Providakis, C.P.;Triantafillou, T.C.;Karabalis, D.;Papanicolaou, A.;Stefanaki, K.;Tsantilis, A.;Tzoura, E.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.5
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pp.811-830
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2014
A numerical study has been carried out to simulate an innovative monitoring procedure to detect and localize damage in reinforced concrete beams retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) unidirectional laminates. The main novelty of the present simulation is its ability to conduct the electromechanical admittance monitoring technique by considerably compressing the amount of data required for damage detection and localization. A FEM simulation of electromechanical admittance-based sensing technique was employed by applying lead zirconate titanate (PZT) transducers to acquire impedance spectrum signatures. Response surface methodology (RSM) is finally adopted as a tool for solving inverse problems to estimate the location and size of damaged areas from the relationship between damage and electromechanical admittance changes computed at PZT transducer surfaces. This statistical metamodel technique allows polynomial models to be produced without requiring complicated modeling or numerous data sets after the generation of damage, leading to considerably lower cost of creating diagnostic database. Finally, a numerical example is carried out regarding a steel-reinforced concrete (RC) beam model monotonically loaded up to its failure which is also retrofitted by a CFRP laminate to verify the validity of the present metamodeling monitoring technique. The load-carrying capacity of concrete is predicted in the present paper by utilizing an Ottosen-type failure surface in order to better take into account the passive confinement behavior of retrofitted concrete material under the application of FRP laminate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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