This paper presents an improved time series based damage detection approach with experimental verifications for detection, localization, and quantification of damage in shear-type structures under varying mass effects using output-only vibration data. The proposed method can be very effective for automated monitoring of buildings to develop proactive maintenance strategies. In this method, Auto-Regressive Moving Average models with eXogenous inputs (ARMAX) are built to represent the dynamic relationship of different sensor clusters. The damage features are extracted based on the relative difference of the ARMAX model coefficients to identify the existence, location and severity of damage of stiffness and mass separately. The results from a laboratory-scale shear type structure show that different damage scenarios are revealed successfully using the approach. At the end of this paper, the methodology limitations are also discussed, especially when simultaneous occurrence of mass and stiffness damage at multiple locations.
In order to reduce the residual drift of a structure in structural engineering field, a combined structural system (dual) consisting of steel buckling-restrained braced frame (BRBF) along with shear wall is proposed. In this paper, BRBFs are used with special reinforced concrete shear walls as combined systems. Some prototype models of the proposed combined systems as well as steel BRBF-only systems (without walls) are designed according to the code recommendations. Then, the nonlinear model of the systems is prepared using fiber elements for the reinforced concrete wall and appropriate elements for the BRBs. Seismic responses of the combined systems subjected to ground motions at maximum considered earthquake level are investigated and compared to those obtained from BRBFs. Results showed that the maximum residual inter-story drift from the combined systems is, on average, less than half of the corresponding value of the BRBFs. In this research, mean of absolute values of the maximum inter-story drift ratio demand obtained from combined systems is less than the 3% limitation, while this criterion has not been fulfilled by BRBF systems.
A numerical procedure for dynamic analysis of structures including lateral-torsional coupling, axial force effect and soil-structure interaction is presented in this study. A simple soil-structure system model has been designed for microcomputer applications capable of reflecting both kinematic and inertial soil-foundation interaction as well as the effect of this interaction on the superstructure response. A parametric study focusing on inertial soil-structure interaction is carried out through a simplified nine-degree of freedom building model with different foundation conditions. The inertial soil-structure interaction and axial force effects on a 20-storey building excited by an Australian earthquake is analysed through its top floor displacement time history and envelope values of structural maximum displacement and shear force.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.1-14
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2004
The seismic behavior of a 1/3-scale model of a two-story unreinforced masonry (URM) structure typically used in constructing low-rise residential buildings in Korea is studied through a shaking table test. The purposes of this study are to investigate seismic behavior and damage patterns of the URM structure that was not engineered against seismic loading and to provide its experimental test results. The test structure was symmetric about the transverse axis but asymmetric to some degrees about longitudinal axis and had a relatively strong diaphragm of concrete slab. The test structure was subjected to a series of differentlevels of earthquake shakings that were applied along the longitudinal direction. The measured dynamic response of the test structure was analyzed in terms of various global parameters (i.e., floor accelerations, base shear, floor displacements and storydrift, and torsional displacements) and correlated with the input table motion. Moreover, different levels of seismic performance were suggested for performance-based design approach. The results of the shaking table test revealed that the shear failure was dominant on a weak side of the 1stfloor while the upper part of the test model remained as a rigid body. Also, it was found that substantial strength and deformation capacity existed after cracking.
This study explores the inelastic behavior of systems with flexible base. The use of a single degree of freedom system (ESDOF) with equivalent ductility to represent the response of flexible base systems is discussed. Two different equations to compute equivalent ductility are proposed, one which includes the contribution of rigid body components, and other based on the overstrength of the structure. In order to asses the accuracy of ESDOF approach with the proposed equations, the behavior of a 10-story regular building with reinforced concrete (RC) moment resisting frames is studied. Local and global ductility capacity and demands are used to study the modifications introduced by base flexibility. Three soil types are considered with shear wave velocities of 70, 100 and 250 m/s. Soil-foundation stiffness is included with a set of springs on the base (impedance functions). Capacity curves of the building are computed with pushover analysis. In addition, non linear time history analysis are used to asses the ductility demands. Results show that ductility capacity of the soil-structure system including rigid body components is reduced. Base flexibility does not modify neither yield and maximum base shear. Equivalent ductility estimated with the proposed equations is fits better the results of the numerical model than the one considering elastoplastic behavior. Modification of beams ductility demand due to base flexibility are not constant within the structure. Some elements experience reduced ductility demands while other elements experience increments when flexible base is considered. Soil structure interaction produces changes in the relation between yield strength reduction factor and structure ductility demand. These changes are dependent on the spectral shape and the period of the system with fixed and flexible base.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.5
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pp.438-447
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2018
For a fixed jacket type offshore structure directly supported by the seabed, the structural behavior of offshore structure depends on the soil properties. Soil properties affect on the stiffness of the piles and the boundary condition in the structural analysis. The structural analysis is performed using PSI (Pile-Soil Interaction) suggested in the code and design rule. PSI analysis of the jacket structure is carried out after various soil types are selected according to the soil properties like internal friction angle, undrained shear strength, unit weight and so on. Three types of soil are selected by varying strength for a clay and sand, respectively. The structural analysis of the jacket structure is performed using these soils. The results about axial and lateral reaction force and the stress and displacement on the structure are compared. As a results, the structural response is smaller as the soil becomes more stiff. In conclusion, it is confirmed that the structural response of fixed jacket type offshore platform supported by seabed is sensitive to the change of soil properties.
Shabani, Mohammad J.;Shamsi, Mohammad;Ghanbari, Ali
Earthquakes and Structures
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v.20
no.2
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pp.187-200
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2021
The main factor for the amplification of ground motions near the crest or the toe of a slope is the reflection of the incident waves. The effects of the slope topography on the surrounding lands over the crest or at the toe can amplify the seismic responses of buildings. This study investigates the seismic performance of the slope topography and three mid-rise buildings (five, ten, and fifteen-storey) located near the crest and toe of the slope by 3D numerical analysis. The nonlinear model was used to represent the real behavior of building and ground elements. The average results of seven records were used in the investigations. Based on the analysis, the amplification factor of acceleration near the crest and toe of the slope was the most effective at distances of 2.5 and 1.3 times the slope height, respectively. Accordingly, the seismic performance of buildings was studied at a distance equal to the height of the slope from the crest and toe. The seismic response results of buildings showed that the slope topography to have little impact on up to five-storey buildings located near the crest. Taking into account a topography-soil-structure interaction system increases the storey displacement and base shear in the building. Accordingly, in topography-soil-structure interaction analyses, the maximum lateral displacement was increased by 71% and 29% in ten and fifteen-storey buildings, respectively, compare to the soil-structure interaction system. Further, the base shear force was increased by 109% and 78% in these buildings relative to soil-structure interaction analyses.
In order to improve the seismic behaviors of traditional steel-concrete mixed structure, a novel steel concrete mixed structure consisting of steel frames braced with buckling restrained braces (BRBs) and a concrete tube is proposed. Based on several assumptions, the simplified mechanical model of the novel mixed structure is established, and the shear and bending stiffness formulas of the steel frames, BRBs and concrete tube are respectively introduced. The equilibrium differential equation of the novel mixed structure under horizontal load is developed based on the structural elastic theory. The simplified algorithms to determine the lateral displacement and internal forces of the novel mixed structure under the inverted-triangle distributed load, uniformly load and top-concentrated load are then obtained considering several boundary conditions and compatible deformation conditions. The effectiveness of the simplified algorithms is verified by FEM comparison.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.2
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pp.75-83
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2015
The purpose of this study is to improve the previous damage evaluation model for RC members which is proposed by Igarashi[1] in 2010.The previous model was not confirmed by enough data of damage such as, residual crack length, width and area for exfoliation of concrete, etc. In addition, validation of the model is still insufficient. Therefore, experiment of a real-scale RC structure and experiment of RC columns using the high-strength concrete were conducted to gather the data of damage in RC members. The investigation has been conducted gathering the data not only additional experiments data but also existing data for modification of damage evaluation model. It has been investigated on changing damage in RC due to axial force ratio, shear reinforcement and shear span ratio. As a result, several problems were founded in the previous model, such as, hinge length($l_p$), spacing of flexural crack($S_{av,f}$), total width of flexural cracks regulated by maximum width of flexural crack($n_f$) and total width of shear cracks regulated by maximum width of shear crack($n_s$). New model is proposed and evaluated the damage properly.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.40
no.1
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pp.28-32
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2020
Recently, many studies have been undertaken on the wet spinning and electrospinning of silk because wet-spun fibers and electrospun webs of silk can be applied in the biomedical and cosmetic fields owing to the good biocompatibility of silk. The rheological properties of silk solution are important because they strongly affect the spinning performance of the silk solution and the structures of resultant fibrous materials. Therefore, as a preliminary study on the effect of solvent composition on the rheological properties of silk fibroin (SF) solution and structure of the resultant film, in the reported work, methanol was added to the SF formic acid solution. A small amount of methanol (i.e. 2%) added to the SF formic acid solution significantly altered the rheological properties of the solution: its shear viscosity increased by 10 folds at low shear and decreased on increasing the shear rate, demonstrating shear thinning behavior of the SF solution. Dynamic tests for the SF solution indicated that the addition of 2% methanol altered the viscous state of the SF formic acid solution to elastic. However, the molecular conformation (i.e. β-sheet conformation) of the regenerated SF film cast from formic acid remained unchanged on the addition of 2% methanol.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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