The accurate evaluation of wind characteristics and wind-induced structural responses during a typhoon is of significant importance for bridge design and safety assessment. This paper presents an expectation maximization (EM) algorithm-based angular-linear approach for probabilistic modeling of field-measured wind characteristics. The proposed method has been applied to model the wind speed and direction data during typhoons recorded by the structural health monitoring (SHM) system instrumented on the arch Jiubao Bridge located in Hangzhou, China. In the summer of 2015, three typhoons, i.e., Typhoon Chan-hom, Typhoon Soudelor and Typhoon Goni, made landfall in the east of China and then struck the Jiubao Bridge. By analyzing the wind monitoring data such as the wind speed and direction measured by three anemometers during typhoons, the wind characteristics during typhoons are derived, including the average wind speed and direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral scale, and power spectral density (PSD). An EM algorithm-based angular-linear modeling approach is proposed for modeling the joint distribution of the wind speed and direction. For the marginal distribution of the wind speed, the finite mixture of two-parameter Weibull distribution is employed, and the finite mixture of von Mises distribution is used to represent the wind direction. The parameters of each distribution model are estimated by use of the EM algorithm, and the optimal model is determined by the values of $R^2$ statistic and the Akaike's information criterion (AIC). The results indicate that the stochastic properties of the wind field around the bridge site during typhoons are effectively characterized by the proposed EM algorithm-based angular-linear modeling approach. The formulated joint distribution of the wind speed and direction can serve as a solid foundation for the purpose of accurately evaluating the typhoon-induced fatigue damage of long-span bridges.
Ahn, Jin Hee;Lee, Won Hong;Kim, In Tae;Jeong, Young Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.5
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pp.74-82
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2017
Localized corrosions damages in their structural sections can be occurred affected by installed environment conditions with high temperature as near the coastline and humidity or their poor maintenance situation. In bearing supports of steel bridges, especially, lower web and vertical stiffener in end girder support can be easily corroded because of relatively higher humidity due to the narrow space in the end of girder and the wetted accumulated sediments affected by rain water or antifreezing admixture leaked from expansion joint. It can be related to change in their structural performance. In this study, thus, bearing strength test specimens were fabricated considering corrosion damage in the web and vertical stiffeners and the change in their bearing strengths were experimentally evaluated. From the test results, localized corrosion damage of structural members in the end girder affected the bearing strength of end girder support, especially, localized corrosion damage of the vertical stiffener relatively highly affected their bearing strengths.
The potential pollution problems resulting from tanker collision necessitate the requirement for an effective structural design and the development of relevant safety regulations. During a few decades, the great effort has been made by the international Maritime Organization and the Administration, etc, to reduce oil spillage from collision accidents. However there is still a need for investigation in the light of structural evaluation method for the experiments and rational analysis, and design development for an operational purpose of ships. This study aims for investigating a complicated structural response of bow structures of simplified models and oil carriers for assessing the energy dissipation and crushing mechanics of the striking vessels through a methodology of the numerical analysis for the various models and its design changes. Through these study an optimal bow construction absorbing great portion of kinetic energy at the least penetration depth prior to reach to the cargo area and an effective location of collision bulkhead are investigated. In order to obtain a rational results in this study, three stages of collision simulation procedures have been performed step by step as follows; 1) 16 simplified ship models are used to investigate the structural response against bow collision with variation of primary and secondary members. Mass and speed are also varied in four conditions. 2) 21 models consisted of 5 sizes of the full scaled oil carriers are used to perform the collision simulation with the various sizes and deadweight delivered in a recent which are complied with SOLAS and MARPOL. 3) 36 models of 100l oil carrier are used to investigate the structural response and its influence to the collision bulkhead against bow collision in variation with location of collision bulkhead, primary members, framing system and colliding conditions, etc. By the first study using simplified models the response of the bow collision is synthetically evaluated for the parameters influencing to the absorbed energy, penetration depth and impact force, etc.
Fire resistance steel, grading 490 MPa, had developed by using Thermo-mechanical control process (TMCP) and it has better performance at welding, seismic resistance than those of the ordinary structural steel, But the fire resistance performance is required to verify against the ordinary fire resistance, FR 490. Therefore this study was done to make database of mechanical properties at high temperature and to evaluate the structural stability at high temperature in terms of materials and structural member such as H-section from that of FR 490. The result of this study was that the structural stability of TMCP was lower than that of ordinary FR 490 at the range up about $700^{\circ}C$.
This study proposes a multi-scale dynamic system reliability analysis of control system as a method of quantitative evaluation of its performance in probabilistic terms. In this second paper, we discuss the control effect of the viscous damper on the seismic performance of the structure-level failure. Since the failure of one structural member does not necessarily cause the collapse of the structural system, we need to consider a set of failure scenarios of the structural system and compute the sum of the failure probabilities of the failure scenarios where the statistical dependence between the failure scenarios should be taken into account. Therefore, this computation requires additional system reliability analysis. As a result, the proposed approach takes a hierarchial framework where the failure probability of a structural member is computed using a lower-scale system reliability with the union set of time-sequential member failures and their statistical dependence, and the failure probability of the structural system is again computed using a higher-scale system reliability with the member failure probabilities obtained by the lower-scale system reliability and their statistical dependence. Numerical results demonstrate that the proposed approach can provide an accurate and stable reliability assessment of the control performance of the viscous damper system on the system failure. Also, the parametric study of damper capacity on the seismic performance has been performed to demonstrate the applicability of the proposed approach through the probabilistic assessment of the seismic performance improvement of the damper system.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.5
no.3
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pp.17-22
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2014
Fiber reinforced plastic (FRP) structural shapes are readily available in civil engineering applications. Among many manufacturing techniques used for FRP structural shapes, pultrusion process is one of the most widely used techniques in civil engineering applications. Pultrusion is a manufacturing process for producing continuous lengths of reinforced polymeric plastic structural shapes with constant cross-section. Pultruded composites are attractive for structural applications because of their continuous mass production with excellent mechanical properties. This paper presents the results of investigations pertaining to the bolted connection with two bolts for the pultruded FRP (PFRP) structural members. PFRP bolted connection tests were conducted with end distance to bolt diameter ratio ($e_1/d_b$) and two types of bolt pattern such as horizontal (Pattern A) and vertical arrangement (Pattern B). As a result, it is found that the $e_1/d_b$ is recommended as the ratio of 4. In addition, it is also found that the bearing strengths at failure of the Pattern A and Pattern B have a similar value.
In this study, the accuracy and reliability of fully nonlinear method against equivalent linear method for dynamic analysis of soil-structure interaction is investigated comparing the predicted results of both numerical procedures with the results of experimental shaking table tests. An enhanced numerical soil-structure model has been developed which treats the behaviour of the soil and the structure with equal rigour. The soil-structural model comprises a 15 storey structural model resting on a soft soil inside a laminar soil container. The structural model was analysed under three different conditions: (i) fixed base model performing conventional time history dynamic analysis, (ii) flexible base model (considering full soil-structure interaction) conducting equivalent linear dynamic analysis, and (iii) flexible base model performing fully nonlinear dynamic analysis. The results of the above mentioned three cases in terms of lateral storey deflections and inter-storey drifts are determined and compared with the experimental results of shaking table tests. Comparing the experimental results with the numerical analysis predictions, it is noted that equivalent linear method of dynamic analysis underestimates the inelastic seismic response of mid-rise moment resisting building frames resting on soft soils in comparison to the fully nonlinear dynamic analysis method. Thus, inelastic design procedure, using equivalent linear method, cannot adequately guarantee the structural safety for mid-rise building frames resting on soft soils. However, results obtained from the fully nonlinear method of analysis fit the experimental results reasonably well. Therefore, this method is recommended to be used by practicing engineers.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.8
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pp.639-646
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2017
In this paper, a new load monitoring system for military aircraft is introduced. This system consists of sensors, an onboard device and an ground analysis equipment. The sensors and onboard device are mounted on the aircraft and the ground analysis equipment is operated on the ground. Through this system, structural static load can be estimated with flight parameters and structural responses can be measured by sensors due to static load, dynamic load and unexpected events. Especially, optical fiber sensors with mutiplexing capability are utilized. The onboard device was specially designed for complying the requirements of relevant military specifications and was verified through a series of the environment tests. This system was used and evaluated through ground structural tests before flight tests. In the near future, this system will be applied to military aircraft as a structural load monitoring system after flight test evaluation.
This study proposes a dynamic reliability analysis of control system as a method of quantitative evaluation of its performance in probabilistic terms. In this dynamic reliability analysis, the failure event is defined as an event that the dynamic response of the structural system exceeds a displacement limit, whereas the conventional reliability analysis method has limitations that do not properly assess the actual time history response of the structure subjected to dynamic loads, such as earthquakes and high winds, by taking the static response into account in the failure event. In this first paper, we discuss the control effect of the viscous damper on the seismic performance of the member-level failure where the failure event of the structural member consists of the union set of time-sequential member failures during the earthquake excitations and the failure probability of the earthquake-excited structural member is computed using system reliability approach to consider the statistical dependence of member failures between the subsequent time points. Numerical results demonstrate that the proposed approach can present a reliable assessment of the control performance of the viscous damper system in comparison with MCS method. The most important advantage of the proposed approach can provide us more accurate estimate of failure probability of the structural control system by using the actual time-history responses obtained by dynamic response analysis.
Hydrodynamic ram phenomenon could be generated by external threats such as impact and blast in the aircraft. High strain rate deformation caused by the hydrodynamic ram phenomenon is one of the main factors to influence structural survivability. Mechanical properties of composite structure change rapidly under conditions of high strain rate. Therefore, it is necessary to experimentally investigate the influence of strain rates for aircraft structural survivability. In this paper, tensile tests of composite material were conducted for low and high strain rates to investigate the influence of the various strain rates. Tensile modulus increases more compared to tensile strength at high strain rate under hydrodynamic ram condition. Regression analysis was conducted to predict tensile modulus at various strain rates because it is one of the main damaging factors for composite structures under high strain rate conditions. Also, the mechanical properties of composite materials were acquired and analyzed under high strain rate conditions. It is hypothesized that the results from this study would be used for designing aircraft composite structures and evaluation considering structural survivability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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