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.
The Stonecutters Bridge (SCB) in Hong Kong is the third-longest cable-stayed bridge in the world with a main span stretching 1,018 m between two 298 m high single-leg tapering composite towers. A Wind and Structural Health Monitoring System (WASHMS) is being implemented on SCB by the Highways Department of The Hong Kong SAR Government, and the SCB-WASHMS is composed of more than 1,300 sensors in 15 types. In order to establish a linkage between structural health monitoring and maintenance management, a Structural Health Rating System (SHRS) with relevant rating tools and indices is devised. On the basis of a 3D space frame finite element model (FEM) of SCB and model updating, this paper presents the development of an SHR-oriented 3D multi-scale FEM for the purpose of load-resistance analysis and damage evaluation in structural element level, including modeling, refinement and validation of the multi-scale FEM. The refined 3D structural segments at deck and towers are established in critical segment positions corresponding to maximum cable forces. The components in the critical segment region are modeled as a full 3D FEM and fitted into the 3D space frame FEM. The boundary conditions between beam and shell elements are performed conforming to equivalent stiffness, effective mass and compatibility of deformation. The 3D multi-scale FEM is verified by the in-situ measured dynamic characteristics and static response. A good agreement between the FEM and measurement results indicates that the 3D multi-scale FEM is precise and efficient for WASHMS and SHRS of SCB. In addition, stress distribution and concentration of the critical segments in the 3D multi-scale FEM under temperature loads, static wind loads and equivalent seismic loads are investigated. Stress concentration elements under equivalent seismic loads exist in the anchor zone in steel/concrete beam and the anchor plate edge in steel anchor box of the towers.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1D
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pp.35-43
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2008
This paper mainly deals with the performance evaluation of 33 asphalt sections of Korea Expressway Corporation Test Road (KECTR) during the past four years. Since the construction of the KECTR in December 2002, key performance indicators of asphalt pavements have been collected five times with an Automatic Road Analyzer (ARAN), and have been analyzed for permanent deformation, surface distress, and road roughness. Linear viscoelastic characteristics of four dense graded HMAs used in KECTR were investigated with a series of complex modulus test. The effect of air void in HMAs on dynamic modulus was investigate at two air void contents for a surface course HMA (19 mm Nominal Maximum Size of Aggregate). Layer densification due to traffic was estimated from air void contents of field cored samples, and was correlated with pavement distresses and performances. One of findings of this study was that both permanent deformation and cracking were suspectible to pavement temperatures, rather than traffic. However, it was found that road roughness was mostly affected by traffic loading.
Recently, an urgent issue of the global environment in the 21st century is the well-established paradigm of a sustainable and circulatory system. In the field of construction, it is important to approach sustainablity issues from a structural engineering point of view. The reusable steel structural system, which can adapt to changes in socio-economic conditions and varied demands, realized that the consumption of natural resources was minimized, the environmental load was reduced as much as possible. In order to reuse and recombinant the structural members, removable PC slab connection was introduced. This paper investigates the structural performance and serviceability by the dynamic characteristics of the steel beam to concrete slab connection.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.4
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pp.26-37
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2020
This study intends to present a fragility analysis method suitable for concrete cable-stayed bridges by performing an analysis reflecting design criteria and material characteristics from the results of inelastic time-history analysis. In order to obtain the fragility curve of the cable-stayed bridge, the limit state of the main component of the cable-stayed bridge is determined, and the damage state is classified by comparing it with the response value based on inelastic time history analysis. The seismic fragility curve of the cable-stayed bridge was made by obtaining the probability of damage to PGA that the dynamic response of the vulnerable parts to input ground motion would exceed the limit state of each structural member. According to the pylon's fragility curve, the probability of moderate damage at 0.5g is 32% for the longitudinal direction, while 7% for the transversal direction, indicating that the probability of damage in the longitudinal direction is higher in the same PGA than in the transversal direction. The seismic fragility curve of the connections showed a very high probability of damage, meaning that damage to the connections caused by earthquakes is very sensitive compared to damage to the pylon and cables. The cable's seismic fragility curve also showed that the probability of complete damage state after moderate damage state gradually decreased, resulting in less than 30% probability of complete damage at 2.0g.
Chin, Won Jong;Kim, Young Jin;Choi, Eun Suk;Lee, Jungwhee
한국방재학회:학술대회논문집
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2011.02a
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pp.166-166
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2011
한국건설기술연구원내에 세계 최초로 UHPC(초고성능 콘크리트)를 활용한 보도사장교를 설계 및 시공하여 공용중이다. 초고성능 콘크리트(UHPC, Ultra High Performance Concrete)는 기존의 콘크리트의 단점을 극복하기 위하여 강섬유 및 혼화재료를 사용하여 고강도화와 더불어 인장강도, 휨강도, 균열에 대한 저항성, 전단강도 및 내충격성을 대폭 개선시켜서 구조부재의 연성 및 강도를 확보하기 위해 개발된 것으로서 한국건설기술연구원이 독자적 연구를 바탕으로 UHPC를 개발하였고, KICT-UHPC의 특성을 충분히 반영한 보도사장교를 한국건설기술원내에 실구조물로 시공하였다. 한국건설기술연구원내 본관 1, 2동 연결 보도사장교(SUPER BRIDGE 1)의 진동실험을 통해 UHPC 보도사장교의 동특성(고유진동수 및 모드형상)을 평가하였다. 대상교량에는 보도사장교의 캔틸레버 구조 특성에 의해 발생하는 진동을 제어하기 위한 질량 264kg의 난간형 수직진동제어장치(TMD) 4대가 설치되어 있으며, 부가질량의 운동을 기계적으로 구속하거나 구속을 해제하여 TMD의 작동을 켜거나 끌 수 있도록 되어있다. TMD의 가동 및 정지시 동특성을 비교하는 정밀한 검증 실험을 통하여 TMD 설치에 의한 동특성의 변화도 평가하였다. 가진망치에 의한 충격실험으로부터 획득한 가속도 시간이력 데이터와 가진망치의 가진력 시간이력 데이터를 사용하여 주파수응답함수(FRF, frequency response function)를 계산하고, 이로부터 Super Bridge I의 동적모드형상과 고유진동수를 추출하였다. 1차 모드의 고유진동수는 TMD 정지시 2.2949 Hz, TMD 작동시 2.0996 Hz로서 8%정도 감소하였다. 충격해머에 의한 가진 실험을 통해 세계 최초로 시공한 UHPC 보도사장교의 진동특성과 관련한 신뢰성 있는 자료를 확보할 수 있었다.
In this study, quantitative sensitivity analysis on rockfill material influencing the dam crest settlement of CFRD (Concrete-Faced Rockfill Dam) subjected to earthquake loading was carried out. The purpose of this study is to indicate the most important input parameter from the results of sensitivity analysis, to show the quantitative variation of settlement at the crest of CFR type dam during earthquake with this input parameter, and to recommend the approximate estimation method of the settlement on the crest of CFRD subjected to earthquake loading. The statistic characteristics of rockfill parameters which were obtained from large triaxial tests were evaluated. The total 108 dynamic numerical analyses (2 input earthquake, 2 magnitudes for each earthquake, 27 rockfill material property combinations) on CFRD were conducted. The global sensitivity analysis was carried out using the results of numerical analysis. From the sensitivity analysis, It was found that the crest settlement of the CFRD subjected to earthquake was absolutely affected by the shear modulus of rockfill material irrespective of the input earthquakes and the magnitude of input acceleration. On the contrary, it was found that the effect of cohesion and friction angle of rockfill was negligible. From the results of sensitivity analysis and numerical analysis, the approximate estimation method of the settlement on the crest of CFRD subjected to earthquake loading was recommended on condition that the rockfill shear modulus and simple dam information was known.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.4
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pp.19-33
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2008
Dynamic response measurements from natural excitation were carried out for 25- and 42-story buildings to evaluate their inherent properties, such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios. Both are reinforced concrete buildings adopting a core wall, or with shear walls as the major lateral force resisting system, but frames are added in the plan or elevation. In particular, shear walls in a 25-story building are converted to frames from the 4th floor level downwards while maintaining a core wall throughout, resulting in a fairly complex structure. Due to this, along with similar stiffness characteristics in the principal directions, significantly coupled and closely spaced modes of motion are expected in this building, making identification rather difficult. By using various state-of-the-art system identification methods, the modal parameters are extracted, and the results are then compared. Three frequency-domain and four time-domain based operational modal identification methods are considered. Overall, all natural frequencies and damping ratios estimated from the different identification methods showed a greater consistency for both buildings, while mode shapes exhibited some degree of discrepancy, varying from method to method. On the other hand, in comparison with analysis results obtained using the initial finite element(FE) models, test results exhibited a significant difference of about doubled frequencies, at least for the three lower modes in both buildings. To improve the correlation between test and analysis, a few manual schemes of FE model updating based on plausible reasons have been applied, and acceptable results are obtained. The advantages and disadvantages of each identification method used are addressed, and some difficulties that might arise from the updating of FE models, including automatic procedures, for such large structures are carefully discussed.
The impact protection system consists of an arrangement of circular sheet pile cofferdams-denoted dolphin structuredeeply embedded in the seabed, filled with crushed rock and closed at the top with a robust concrete cap. Centrifuge model tests were performed to investigation the behaviors of dolphins in this study. Total 7 quasi-model tests and 11 dynamic model tests were performed. The main experimental results can be summarized as follows. Firstly, The experimental force-displacement results for quasi-static tests show a limited influence on the initial stiffness of the structure from the change in fill density and the related change in the stiffness of the fill. And by comparing the dissipation at the same dolphin displacement it was found that the denser fill increase the dissipation by 16% for the 20m dolphin and by 23% for the 30m dolphin. The larger sensitivity for the large dolphin is explained by a larger contribution to the dissipation from strain in the fill. In low level impacts the dynamic force-response is up to 26~58% larger than the quasi-static and the dissipation response is showed larger in small displacement. Hence, it is concluded conservative to use the quasi-static response characteristics in the approximation of the response, and it is further concluded that the dolphin resistance to low level impacts is demonstrated to be equivalent and even superior to the high level impacts.
Kim, Kwang-Woo;Lee, Moon-Sup;Kim, Jun-Eun;Choi, Sun-Ju
International Journal of Highway Engineering
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v.4
no.4
s.14
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pp.23-39
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2002
This study dealt with developing a new approach for finding properties which might represent rut resistance characteristics of asphalt mixture under static loading. Two aggregates, a normal asphalt (pen 60-80) and 5 polymer-modified asphalts were used in preparation of 12 dense-graded mixtures. Marshall mix design was used in determination of OAC and each mixture at the OAC was prepared for a newly-developed Kim test on Marshall specimen (S=10cm) and gyratory specimen (S=15cm), and for wheel tracking test. Kim test used Marshall loading frame and specimens were conditioned for 30min at $60^{\circ}C$ before loading through Kim tester an apparatus consisting of a loading column and a specimen and column holder Diameter (D) of column was 3cm and 4cm with each column having different radius (r) of round cut at the bottom. The static load was applied at 50mm/min in axial direction of the specimen, not in diametral direction. The maximum load ($P_{max}$) and vertical deformation (y) at $P_{max}$ point were obtained from the test. A strength value was calculated based on the $P_{max}$ r, D and y by using the equation $K_D = 4P_{max}/{\pi}(D-2(r-\sqrt{2ry-y^2}))^2$ and is defined as the deformation strength ($kgf/cm^2$). The values of $P_{max}$/y and $K_I=K_D/y$ were also calculated. In general the leading column diameter and radius of round cut were significant factors affecting $K_D$ and $P_{max}$ values while specimen diameter was not. The statistical analyses showed the $K_D$ had the best correlation with rut depth and dynamic stability. The next best correlation was found from $P_{max}$ which was followed by $P_{max}$/y and $K_I$ in order.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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