Kim, Young-Jin;Park, Seung-Hee;Jin, Kyu-Nam;Lee, Chang-Gil
Land and Housing Review
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v.2
no.4
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pp.407-413
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2011
This paper reports a novel structural health monitoring (SHM) technique for detecting de-bonding between a concrete beam and CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) sheet that is attached to the concrete surface. To achieve this, a multi-scale actuated sensing system with a self-sensing circuit using piezoelectric active sensors is applied to the CFRP laminated concrete beam structure. In this self-sensing based multi-scale actuated sensing, one scale provides a wide frequency-band structural response from the self-sensed impedance measurements and the other scale provides a specific frequency-induced structural wavelet response from the self-sensed guided wave measurement. To quantify the de-bonding levels, the supervised learning-based statistical pattern recognition was implemented by composing a two-dimensional (2D) plane using the damage indices extracted from the impedance and guided wave features.
Gun-Cheol Lee;Geon-Woo Im;Chang-Min Lee;Sung-Won Hong;Young-Min Kim
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.139-146
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2023
In this study, compressive strength and adhesion strength were measured as repair materials to evaluate the mechanical and electrical properties of compression and shear specimens with self-sensing repair materials. As a result of the experiment, the strength improvement rate of the compression test specimen was higher than the section enlargement area ratio, but the shear test specimen did not show an improvement in strength as much as the section enlargement area ratio. Compression experiments under load showed high correlation between FCR-Strain and FCR-Stress, confirming self-sensing performance. However, the shear test did not show as much correlation as the compression test. Accordingly, it is judged that the self-sensing repair material is suitable for the compression member on which the compression load acts in the building.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.81-88
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2021
Structural health monitoring (SHM) systems have attracted considerable interest owing to the frequent earthquakes over the last decade. Smart concrete is a technology that can analyze the state of structures based on their electro-mechanical behavior. On the other hand, most research on the self-sensing response of smart concrete generally investigated the electro-mechanical behavior of smart concrete under a static loading rate, even though the loading rate under an earthquake would be much faster than the static rate. Thus, this study evaluated the electro-mechanical behavior of smart ultra-high-performance concrete (S-UHPC) at three different loading rates (1, 4, and 8 mm/min) using a Universal Testing Machine (UTM). The stress-sensitive coefficient (SC) at the maximum compressive strength of S-UHPC was -0.140 %/MPa based on a loading rate of 1 mm/min but decreased by 42.8% and 72.7% as the loading rate was increased to 4 and 8 mm/min, respectively. Although the sensing capability of S-UHPC decreased with increased load speed due to the reduced deformation of conductive materials and increased microcrack, it was available for SHM systems for earthquake detection in structures.
In recent years, numerous mega-sized and complex civil infrastructures are being constructed all over the world. Therefore, more precise construction and maintenance technologies are required for these complicated construction projects. Especially, exact strength measurement and curing process monitoring of the concrete structures are very crucial to confirm the safety and effectiveness of these complicated structures. In this paper, a new Quick Response (QR) code-based concrete strength labeling technique using embedded self-sensing monitoring system is introduced. It is important to note that the QR code-based concrete labeling technique enables easy access of the databases related to the concrete strength at anytime, anywhere, and any smart PC devices. Finally, by integrating the proposed QR code-based concrete labeling with the concrete strength databases already prepared at a designated web-server, a feasibility of the current system is investigated for a next generation concrete life-cycle quality maintenance.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.7
no.2
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pp.174-186
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2019
This paper reviews the development condition of nanomaterials used in concrete over years. The definitions of nanomaterial, nanotechnology, and nano-concrete are reviewed. The impacts of nanomaterials on cementitious material in the point of advantages and disadvantages are analyzed. Moreover, this paper analyzes and classifies the nanomaterials into the extra quality enhancement and modification to plain cementitious composite. Indeed, the outstanding properties of the embedded nanomaterials can be introduced to concrete such as the mechanical improvement, pore structure refinement, hydrate acceleration, and smartness modifying of self-cleaning, and/or self-sensing. Before the full potential of nanotechnology can be realized in concrete applications, various techniques have to be solved including proper dispersion, compatibility of the nanomaterials in cement, processing, manufacturing, safety, handling issues, scale-up, cost, the impact on the environment and human health.
This study presents early crack detection of steel fiber-reinforced concrete (SFRC) under varying temperature and humidity conditions using an instantaneous electrical impedance acquisition system. SFRC has the self-sensing capability of electrical impedance without sensor installation thanks to the conductivity of embedded steel fibers, making it possible to effectively monitor cracks initiated in SFRC. However, the electrical impedance is often sensitively changed by environmental effects such as temperature and humidity variations. Thus, the extraction of only crack-induced feature from the measured impedance responses is a crucial issue for the purpose of structural health monitoring. In this study, the instantaneous electrical impedance acquisition system incorporated with SFRC is developed. Then, temperature, humidity and crack initiation effects on the impedance responses are experimentally investigated. Based on the impedance signal pattern observation, it is turned out that the temperature effect is more predominant than the crack initiation and humidity effects. Various crack steps are generated through bending tests, and the corresponding impedance damage indices are extracted by compensating the dominant temperature effect. The test results reveal that propagated cracks as well as early cracks are successfully detected under temperature and humidity variations.
Structural health monitoring is important for the safety of lives and asset management. In this study, numerical models were developed for the piezoresistive behavior of smart concrete based on finite element (FE) method. Finite element models were calibrated with experimental data collected from compression test. The compression test was performed on smart concrete cube specimens with 75 mm dimensions. Smart concrete was made of cement CEM II 42.5 R, silica fume, fine and coarse crushed limestone aggregates, brass fibers and plasticizer. During the compression test, electrical resistance change and compressive strain measurements were conducted simultaneously. Smart concrete had a strong linear relationship between strain and electrical resistance change due to its piezoresistive function. The piezoresistivity of the smart concrete was modeled by FE method. Twenty-noded solid brick elements were used to model the smart concrete specimens in the finite element platform of Ansys. The numerical results were determined for strain induced resistivity change. The electrical resistivity of simulated smart concrete decreased with applied strain, as found in experimental investigation. The numerical findings are in good agreement with the experimental results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.57-65
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2022
This study investigated the electromechanical response of smart ultra-high performance fiber reinforced concretes (S-UHPFRCs) under flexural loading to evaluate the self-sensing capacity of S-UHPFRCs in both tension and compression region. The electrical resistivity of S-UHPFRCs under flexural continuously changed even after first cracking due to the deflection-hardening behavior of S-UHPFRCs with the appearance of multiple microcracks. As the equivalent bending stress increased, the electrical resistivity of S-UHPFRCs decreased from 976.57 to 514.05 kΩ(47.0%) as the equivalent bending stress increased in compression region, and that did from 979.61 to 682.28 kΩ(30.4%) in tension region. The stress sensitivity coefficient of S-UHPFRCs in compression and tension region was 1.709 and 1.098 %/MPa, respectively. And, the deflection sensitivity coefficient of S-UHPFRCs in compression region(30.06 %/mm) was higher than that in tension region(19.72 %/mm). The initial deflection sensing capacity of S-UHPFRCs was almost 50% of each deflection sensitivity coefficient, and it was confirmed that it has an excellent sensing capacity for the initial deflection. Although both stress- and deflection-sensing capacity of S-UHPFRCs under flexural were higher in compression region than in tension region, S-UHPFRCs are sufficient as a self-sensing material to be applied to the construction field.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.82-88
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2006
In People usually think that smart materials and smart structures have not been developed until recent years. But those kinds of sensors have already been used for sensing damage in a variety of materials and structures. Two typical examples are piezoelectric materials (e.g., PZT) and electric strain gauges. Load cell is an example that utilizes the piezoelectric property to measure the change in physical quantities occurred by applied loads, while strain gauges are used to measure the deformation of compressive and tension members. The feasibility of using smart materials is realized for a monitoring technology when those sensors are used to monitor damages at inside or outsider of the structures. In this study, a fundamental study on the development of self diagnostic smart concrete using PZT, and unsaturated polyester electric resistance sensor.
Park, Seung-Hee;Kim, Dong-Jin;Hong, Seok-Inn;Lee, Chang-Gil
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.2
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pp.219-224
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2011
In this study, a piezoelectric smart sensor that can be embedded inside of concrete structures is developed to investigate the early stage of concrete curing. A waterproof coating is used to protect the piezoelectric sensor from moistures of concrete mixture. Also, a mortar case is utilized to encapsulate the sensor to protect it from impact loads. To estimate the strength of concrete, a self-sense guided-wave actuated sensing technique is applied. In the guided wave, its velocity is varied according to the mechanical properties of concrete such as modulus of elasticity. Because modulus of elasticity directly affects the strength of concrete, the guidedwave's velocity also affects the concrete strength development. To verify the feasibility of using the proposed approach, the smart sensor was embedded into a 100MPa concrete cylinder and the self-sense guided wave is continuously measured throughout the curing process. The measurements showed that the propagation time (TOF) of the measured guided waves gradually decreased as the curing age increased. Especially, at the early age of the curing process, the variation of the TOF was very significant. Furthermore, the results showed that there is a linear relationship between the TOF of the self-sense guided waves and the strength of concrete existed. It is safe to conclude that the proposed approach can be used very effectively in monitoring of the strength development of high strength concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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