The structural strain plays a significant role in structural condition assessment of in-service bridges in terms of structural bearing capacity, structural reliability level and entire safety redundancy. Therefore, it has been one of the most important parameters concerned by researchers and engineers engaged in structural health monitoring (SHM) practices. In this paper, an SHM system instrumented on the Jiubao Bridge located in Hangzhou, China is firstly introduced. This system involves nine subsystems and has been continuously operated for five years since 2012. As part of the SHM system, a total of 166 fiber Bragg grating (FBG) strain sensors are installed on the bridge to measure the dynamic strain responses of key structural components. Based on the strain monitoring data acquired in recent two years, the strain-based structural condition assessment of the Jiubao Bridge is carried out. The wavelet multi-resolution algorithm is applied to separate the temperature effect from the raw strain data. The obtained strain data under the normal traffic and wind condition and under the typhoon condition are examined for structural safety evaluation. The structural condition rating of the bridge in accordance with the AASHTO specification for condition evaluation and load and resistance factor rating of highway bridges is performed by use of the processed strain data in combination with finite element analysis. The analysis framework presented in this study can be used as a reference for facilitating the assessment, inspection and maintenance activities of in-service bridges instrumented with long-term SHM system.
This paper aims to conduct the reliability-based assessment of the welded joint in the orthotropic steel bridge deck by use of a mesh-insensitive structural stress (MISS) method, which is an effective numerical procedure to determine the reliable stress distribution adjacent to the weld toe. Both the solid element model and the shell element model are first established to investigate the sensitivity of the element size and the element type in calculating the structural stress under different loading scenarios. In order to achieve realistic condition assessment of the welded joint, the probabilistic approach based on the structural reliability theory is adopted to derive the reliability index and the failure probability by taking into account the uncertainties inherent in the material properties and load conditions. The limit state function is formulated in terms of the structural resistance of the material and the load effect which is described by the structural stress obtained by the MISS method. The reliability index is computed by use of the first-order reliability method (FORM), and compared with a target reliability index to facilitate the safety assessment. The results achieved from this study reveal that the calculation of the structural stress using the MISS method is insensitive to the element size and the element type, and the obtained structural stress results serve as a reliable basis for structural reliability analysis.
There are many Industry Code and Standard (ICS) for Structural Integrity Assessment (SIA) on welded structure with defect. The general ICSs, such as R6, BS 7910 and API 579-1/ASME FFS-1, provide equations to determine the upper bound residual stress profiles based on collections from many literatures. However, these residual stress profiles used in the SIA cause the conservative design for welded structures. In this study, the structural integrity assessment for girth weld in pipeline has been conducted based on fracture mechanics. In addition, thermo-elastic plastic FE analysis was performed for evaluating the residual stress of girth weld in pipeline. The weight function solution is used to determine the stress intensity factor using the residual stress profile obtained by the FE analysis. This approach can account for redistribution and relaxation of residual stress as the defects grow. In order to the evaluate quantitative comparison between BS 7910 and weight function solution, structural integrity assessment determining allowable crack size on cracked pipe was performed with failure assessment diagram.
An assessment of creep-fatigue crack behavior is required to ensure the structural integrity for high temperature components such as fast breeder reactor structures or thermal power plant components operating at an elevated temperature. In this study, an evaluation of creep-fatigue crack growth has been carried out according to the French assessment guide of the RCC-MR A16 for austenitic stainless steel structures. The assessment procedures for creep-fatigue crack growth in the recent version of the A16 (2007 edition) have been changed considerably from the previous version (2002 edition) and the material properties (RCC-MR Appendix A3) have been changed as well. The impacts of those changes on creep-fatigue crack growth behavior are quantified from the assessments with a structural model. Finally the assessment results were compared with the observed images obtained from the structural tests of the same structural specimen.
Muttaqie, Teguh;Jung, DongHo;Cho, Sang-Rai;Sohn, Jung Min
Structural Engineering and Mechanics
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제81권6호
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pp.781-790
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2022
The present paper describes a general procedure of the structural safety assessment for the independent type C tank of LNG bunkering ship. This strength assessment procedure consists of two main scheme, global Finite Element Analysis (FEA) model primarily for hull structure assessment and detailed LNG Tank structures FEA model including the cylindrical tank itself and saddle-support structures. Two kinds of mechanism are used, fixed and slides constraints in fore and rear of the saddle-support structures that result in a variation of the reaction forces. Finite Element (FE) analyses have been performed and verified by the strength acceptance criteria to evaluate the safety adequacy of yielding and buckling of the hull and supporting structures. The detail of FE model for an LNG type C tank and its saddle supports was made, which includes the structural members such as cylindrical tank shell, ring stiffeners, swash bulkhead, and saddle supports. Subsequently, the FE buckling analysis of the Type C tank has been performed under external pressure following International Gas Containment (IGC) code requirements. Meanwhile, the assessment is also performed for yielding and buckling strength evaluation of the cylindrical LNG tank according to the PD 5500 unfired fusion welded pressure vessels code. Finally, a complete procedure for assessing the structural strength of 500 CBM LNG cargo tank, saddle support and hull structures have been provided.
목조 고건축물의 안전성 평가를 위해서는 먼저 부재의 성능평가가 선행되어야 한다. 지금까지의 목재 부재의 성능평가는 육안에 의한 경험적 방법에 의존하였다. 하지만 과학적이고 합리적인 비파괴 방법을 적용하여 구조부재의 성능을 평가할 수 있다면 구조물의 안전성 해석은 더욱 정확해지고 합리적이 될 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 목조 고건축물의 여러 구조 부재 중 기둥에 대해 비파괴 평가법을 적용하여 구조부재의 성능 평가에 대한 가능성을 알아보았다. 이 결과를 이어지는 연구에서 구조물의 안전성 해석의 기초자료로 사용할 예정이다. 특별히 기둥의 노출 환경에 따른 열화의 진행정도를 비파괴 평가법으로 측정하였다. 그 결과 실제 육안에 의한 열화의 관찰과 유사한 결과를 나타내어 비파괴 방법의 적용 가능성을 보여주었다.
Civil infrastructures are always subjected to various types of hazard and deterioration. These conditions require systematic efforts to assess the exposure and vulnerability of infrastructure, as well as producing strategic countermeasures to reduce the risks. This paper describes the needs for and concept of advanced sensor technologies for risk assessment of civil infrastructure in Japan. Backgrounds of the infrastructure problems such as natural disasters, difficult environment, limited resource for maintenance, and increasing requirement for safety are discussed. The paper presents a concept of risk assessment, which is defined as a combination of hazard and structural vulnerability assessment. An overview of current practices and research activities toward implementing the concept is presented. This includes implementation of structural health monitoring (SHM) systems for environment and natural disaster prevention, improvement of stock management, and prevention of structural failure.
In order to take account of the statistical properties of random variables used in the structural analysis, the conventional approach usually adopts the safety factor based on past experiences for the qualitative assessment of structural safety problem. Recently, new approach based on the probabilistic concept has been applied to the assessment of structural safety in order to circumvent the difficulties of the conventional approach in choosing the appropriate safety factor. Thus, computer program called "Probabilistic finite element method" is developed by incorporation the probabilistic concept into the conventional matrix method in order to investigate the effects of the random variables on the final output of the structural analysis. From the comparison of some examples, it can be concluded that the PFEM developed in this study deals with consistently with the uncertainty of random variables and provides the rational tool for the assessment of structural safety of plane frame.
LNG cargo containment system (CCS) has the primary function of ensuring adequate thermal insulation with keeping natural gas below its boiling point. From the viewpoint of structural design, this LNG CCS can be treated as a laminated composite structure showing complex structural responses under the sloshing load which can be defined as a violent behavior of the liquid contents in cargo tanks due to external forced motions. As LNG CCS type, Mark III containment system from TGZ is considered in this paper and then its structural strength assessment is performed based on a simple higher-order shear deformation theory and maximum stress, maximum strain, Tsai-Wu failure criteria developed for laminated composite plates. The assessment is performed to the initial failure of the Mark III CS plate by investigating failure locations and loads.
The International Association of Classification Societies (IACS) had developed the Common Structural Rules (CSR) for bulk carriers as per the needs noted above. ISO and IMO GBS (Goal-Based Standards) are now being developed in this regard. This study has been prepared to verity the strength of forward cargo hold of 82,000 DWT class bulk carriers. A cargo hold/tank 3-D FE model was established to assess the structural adequacy of the primary structural members with the loading conditions. Full breadth model was established for the analysis considering asymmetric nature of structural layout and loading conditions. To summarize this result of structural assessment based on IACS CRS for bulk carrier, it is benefit to design this kind of bulk carriers and to study the strength assessment for the similar type of bulk carriers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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