A new sensor system is proposed for measuring damage indexes. The damage index is a physical value that is well correlated to a critical damage in a device or a structure. The mechanism proposed here utilizes elastic buckling of a thin wire and does not require any external power supply for memorizing the index. The mechanisms to detect peak strain, peak displacement, peak acceleration and cumulative deformation as examples of damage indexes are presented. Furthermore, passive and active wireless data retrieval mechanisms using electromagnetic induction are proposed. The passive wireless system is achieved by forming a closed LC circuit to oscillate at its natural frequency. The active wireless sensor can transmit the data much further than the passive system at the sacrifice of slightly complicated electric circuit for the sensor. For wireless data retrieval, no wire is needed for the sensor to supply electrical power. For the active system, electrical power is supplied to the sensor by radio waves emitted from the retrieval system. Thus, external power supply is only needed for the retrieval system when the retrieval becomes necessary. Theoretical and experimental studies to show excellent performance of the proposed sensor are presented. Finally, a prototype damage index sensor installed into a 7 storey base-isolated building is explained.
Nowadays, many engineers believe that hybrid structures with reinforced concrete central core walls and perimeter steel frames offer an economical method to develop the strength and stiffness required for seismic design. As a result, a variety of such structures have recently been applied in actual construction. However, the performance-based seismic design of such structures has not been investigated systematically. In the performance-based seismic design, quantifying the seismic damage of complete structures by damage indices is one of the fundamental issues. Four damage states and the final softening index at each state for high-rise hybrid structures are suggested firstly in this paper. Based on nonlinear dynamic analysis, the relation of the maximum inter-story drift, the main structural characteristics, and the final softening index is obtained. At the same time, the relation between the maximum inter-story drift and the maximum roof displacement over the height is also acquired. A double-variable index accounting for maximum deformation and cumulative energy is put forward based on the pushover analysis. Finally, a case study is conducted on a high-rise hybrid structure model tested on shaking table before to verify the suggested quantities of damage indices.
Park, Yeon-soo;Han, Suk-yeol;Suh, Byoung-chal;Jeon, Dong-ho;Park, Sun-joon
Computational Structural Engineering : An International Journal
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제3권1호
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pp.9-17
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2003
This paper aims at investigating the damage process of steel members leading to the failure under strong repeated loading, proposing the damage index using various factors related to the damage, and developing the analysis method for evaluating the damage state. Cantilever-type steel members were analyzed under uniaxial load and combined with a constant axial load, considering a horizontal displacement history. In analyzing the models, loading patterns and steel types (SS400, SM570, Posten80) were considered as main parameters. From the analysis results, the effects of parameter on the failures mode, the deformation capacity, the damage process are also discussed. Each failure process was compared as steel types. Consequently, the failure of steel members under strong repeated loading was determined by loading. Especially it was seen that the state of the failure is closely related to the local strain.
The residual capacity against collapse of a main shock-damaged bridge can be coupled with the aftershock ground motion hazard to make an objective decision on its probability of collapse in aftershocks. In this paper, a steel tower suspension bridge with a main span of 2000 m is adopted for a case-study. Seismic responses of the bridge in longitudinal and transversal directions are analyzed using dynamic elasto-plastic finite displacement theory. The analysis is conducted in two stages: main shock and aftershocks. The ability of the main shock-damaged bridge to resist aftershocks is discussed. Results show that the damage caused by accumulated plastic strain can be ignored in the long-span suspension bridge. And under longitudinal and transversal seismic excitations, the damage is prone to occur at higher positions of the tower and the shaft-beam junctions. When aftershocks are not large enough to cause plastic strain in the structure, the aftershock excitation can be ignored in the seismic damage analysis of the bridge. It is also found that the assessment of seismic damage can be determined by superposition of damage under independent action of seismic excitations.
In this research, the vulnerability of some reinforced concrete frames with different stories are studied based on the Park-Ang Damage Index. The damages of the frames are investigated under various earthquakes with nonlinear dynamic analysis in IDARC software. By examining the most important characteristics of earthquake parameters, the damage index and vulnerability of these frames are investigated in this software. The intensity of Erias, velocity spectral intensity (VSI) and peak ground velocity (PGV) had the highest correlation, and root mean square of displacement ($D_{rms}$) had the lowest correlation coefficient among the parameters. Then, the particle swarm optimization (PSO) algorithm was used, and the sinusoidal waves were equivalent to the used earthquakes according to the most influential parameters above. The damage index equivalent to these waves is estimated using nonlinear dynamics analysis. The comparison between the damages caused by earthquakes and equivalent sinusoidal waves is done too. The generations of sinusoidal waves equivalent to different earthquakes are generalized in some reinforced concrete frames. The equivalent sinusoidal wave method was exact enough because the greatest difference between the results of the main and artificial accelerator damage index was about 5 percent. Also sinusoidal waves were more consistent with the damage indices of the structures compared to the earthquake parameters.
The Ministry of the Interior and Safety in Korea developed seismic fragility function for various building types in 2009. Damage states for most building types were determined by structural analyses of sample models and foreign references because actual cases damaged by earthquakes rarely exist in Korea. Low-rise, piloti-type buildings showed severe damage by brittle failure in columns due to insufficient stirrup details in the 2017 Pohang earthquake. Therefore, it is necessary to improve damage state criteria for piloti-type buildings by consulting actual outcomes from the earthquake. An analytical approach was conducted by developing analysis models of sample buildings reflecting insufficient stirrup details of columns to accomplish the purpose. The result showed that current spectral displacements of damage states for piloti-type buildings might be too large to estimate actual fragility. When the brittle behavior observed in the earthquake is reflected in the analysis model, one-fourth through one-sixth of current spectral displacements of damage states may be appropriate for existing low-rise, piloti-type buildings.
본 연구는 지진으로 인하여 발생한 건물의 피해액을 보다 객관적으로 예측 평가할 수 있는 ACM(Advanced Component Method) 개발 방법에 관한 것이다. ACM은 지금까지의 재래식 손실 평가방법에 사용된 구조 기술자들의 주관적인 관점과 전문가적 견해에서 탈피하여, 지진의 크기에 따른 구조형식이 각기 다른 건물들의 내진 성글 평가 기술에 바탕을 둔 지진 손실 평가 방법이다. 그 과정을 살펴보면 먼저 선별된 전형적인 건축 구조물에 대하여 비선형 정적 내진 해석인 pushover 해석을 실행하여 그들의 건물 능력도와 각 부재의 비선형 응답을 계산한다. 지진하중은 ADRS(Acceleration-Displacement Response Spectrum)의 응답 가속도와 응답 변위의 형태로 표현하여 이를 건물 능력도와 함께 능력 스펙트럼법(Capacity Spectrum Method) 기법을 이용하여 건물의 내진 성능점을 찾는다. 또한 전체 건물을 주요 구조체인 기둥, 보, 슬래브 등과 비구조체인 비내력 벽판, 외벽 장식용 요소 등을 각각 분리하여 건물 각 부재들의 지진 응답 변위에 따른 피해율을 산출한다. 이들 각 부재들의 피해는 그 부재들의 특성에 따른 적절한 보수보강기법과 그에 따른 비용산정 모델을 이용하여 각 부재의 금전적인 피해액으로 전환한다. 마지막으로 Monte Carlo기법을 이용하여 지금까지 얻은 건물의 응답과 각 부재들의 지진에 따른 피해율, 그리고 그 부재들의 비용산정 모델을 종합하여 전체 건물의 최종의 피해율을 얻는다. 특히, 현존하는 건물에 사용된 재료와 설계 가정 하중의 가변성에 따른 건물 거동에 대한 불확실성 등을 고려하기 위하여 Latin Hypercube 추출 기법을 사용하며, 마지막으로 본 연구의 사례평가를 위하여 과거 일어났던 지진 피해정보와 손실 자료들을 바탕으로 ACM방법과 재래식 방법을 이용한 건물 손실 평가 방법을 비교 분석하였다.
The high-temperature steam pipes of thermal power plants are subjected to severe conditions such as creep and fatigue due to the power plant frequently being started up and shut down. To prevent critical pipes from serious damage and possible failure, inspection methods such as computational analysis and online piping displacement monitoring have been developed. However, these methods are limited in that they cannot determine the life consumption rate of a critical pipe precisely. Therefore, we set out to develop a life assessment system, based on a three-dimensional piping displacement monitoring system, which is capable of evaluating the life consumption rate of a critical pipe. This system was installed at the "M" thermal power plant in Malaysia, and was shown to operate well in practice. The results of this study are expected to contribute to the increase safety of piping systems by minimizing stress and extending the actual life of critical piping.
Excavation usually induces considerable ground settlement in soft ground, which may result in damage of adjacent buildings. Generally, the settlement is predicted through elastic-plastic finite element method and empirical method with defects. In this paper, an analytical solution for predicting ground settlement induced by excavation is developed based on the definition of three basic modes of wall displacement: T mode, R mode and P model. A separation variable method is employed to solve the problem based on elastic theory. The solution is validated by comparing the results from the analytical method with the results from finite element method(FEM) and existing measured data. Good agreement is obtained. The results show that T mode and R mode will result in a downward-sloping ground settlement profile. The P mode will result in a concave-type ground settlement profile.
Calibration and gauge factor readjustment process made for the health monitoring system installed in the railway bridges is reviewed and some findings are explained in this study: specifically, the calibrators made for this purpose are illustrated and the regression processes of the calibration on long-term displacement using water level sensor, longitudinal displacement using LVDT sensor, instantaneous displacement using LVDT sensors and accelerometer are described in details. Based on the regression results, new gauge factors are obtained from regression equation and another verification is made by performing another calibration again with new factors. From the second calibration, it was found that the suggested regression curves and their factors are appropriate and much better results are expected. Future work will be concentrated on the long-term analysis of the measurement data and on the database structures so that the assessment of the structure such as damage detection and remaining life estimation is possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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