This study aims to perform damage identification for Da-Sheng-Guan (DSG) high-speed railway truss arch bridge using fuzzy clustering analysis. Firstly, structural health monitoring (SHM) system is established for the DSG Bridge. Long-term field monitoring strain data in 8 different cases caused by high-speed trains are taken as classification reference for other unknown cases. And finite element model (FEM) of DSG Bridge is established to simulate damage cases of the bridge. Then, effectiveness of one fuzzy clustering analysis method named transitive closure method and FEM results are verified using the monitoring strain data. Three standardization methods at the first step of fuzzy clustering transitive closure method are compared: extreme difference method, maximum method and non-standard method. At last, the fuzzy clustering method is taken to identify damage with different degrees and different locations. The results show that: non-standard method is the best for the data with the same dimension at the first step of fuzzy clustering analysis. Clustering result is the best when 8 carriage and 16 carriage train in the same line are in a category. For DSG Bridge, the damage is identified when the strain mode change caused by damage is more significant than it caused by different carriages. The corresponding critical damage degree called damage threshold varies with damage location and reduces with the increase of damage locations.
This paper highlights a case study that investigates the behaviour of existing bridge, West Terrace Bridge, induced by horizontal seismic loading. Unfortunately the lack of past information related to seismic activity within the NSW region has made it difficult to understand better the capacity of the structure if Earthquake occurs. The research was conducted through the University of Western Sydney in conjunction with Railcorp Australia, as part of disaster reduction preparedness program. The focus of seismic analyses was on the assessment of stress behaviour, induced by cyclic horizontal/vertical displacements, within the concrete slab and steel truss of the bridge under various Earthquake Year Return Intervals (YRI) of 1-100, 1-200, 1-250, 1-500, 1-800, 1-1000, 1-1500, 1-2000 and 1-2500. Furthermore the stresses and displacements were rigorously analysed through a parametric study conducted using different boundary conditions. The numerical analysis of the concrete slab and steel truss were performed through the finite element software, ABAQUS. The field measurements and observation had been used to validate the results drawn from the finite element simulation. It was illustrated that under a YRI of 1/1000 the bottom chord of the steel truss failed as the stress induced surpassed the ultimate stress capacity and the horizontal displacement exceeded the allowable displacement measured in the field observations whereas the vertical displacement remained within the previously observed limitations. Furthermore the parametric studies in this paper demonstrate that a change in boundary conditions alleviated the stress distribution throughout the structure allowing it to withstand a greater load induced by the earthquake YRI but ultimately failed when the maximum earthquake loading was applied. Therefore it was recommended to provide a gap of 50mm on the end of the concrete slab to allow the structure to displace without increasing the stress in the structure. Finally, this study has proposed a design chart to showcase the failure mode of the bridge when subjected to seismic loading.
The researches on circular hollow section(CHS) connections have been conducted continuously because of development of material properties and complex local behavior of the connections. The purpose of this study is that the effects of material strength and chord wall slenderness on chord plastification and strength of CHS X-joint truss connection under compression on branch member were evaluated. To this end, finite element analyses were performed for various connections, using ANSYS Mechanical APDL program. Based on the analysis results, the design strength of the connections according to chord plastification limit state in KBC were examined. Finally, special considerations for CHS X-joint connection design were suggested.
In order to study the natural vibration characteristics of steel-concrete composite truss beam (SCCTB), the influence of multiple factors such as interface slip, shear deformation and moment of inertia are considered. Afterwards, based on the Hamilton principle the vibration control differential equation and natural boundary conditions of SCCTB are deduced. By solving SCCTB differential equations of vibration control, an analytical calculation method is proposed for analyzing the natural vibration characteristics of SCCTB. The natural frequencies of SCCTBs with different degrees of shear connection and effective lengths are calculated by using the analytical method, and the results are compared against those obtained from ANSYS finite element numerical calculation method. The results show that the analytical method considering the influence factors such as interface slip, shear deformation and moment of inertia are in good agreement with those obtained from ANSYS finite element numerical calculation method. This evidences the correctness of the analytical method and show that the method proposed exhibits improvement over the previously developed theories for the natural vibration characteristics of SCCTB. Finally, based on the analytical method, the influence factors of SCCTB natural vibration characteristics are analyzed. The results indicate that the influence of interface slip stiffness on SCCTB's natural frequency is more than 10% and therefore cannot be neglected. Moreover, shear deformation has an effect of more than 35% on SCCTB's natural frequency and the effect cannot be ignored either in this case too.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.4
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pp.60-68
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2012
This study describes an analytical and experimental investigation of the pedestrian steel-deck truss bridge in the City of Rochester, New York, U.S.A. This investigation was undertaken to provide assurance that this important bridge continues to be functional for this use. An ambient vibration experiment on full-scale structures is a way of assessing the reliability of the various assumptions employed in the mathematical models used in analysis. It is also the most reliable way of determining the structural parameters of major importance in structural dynamics, such as the mode shapes and the associated natural frequencies. Pedestrian-induced vibrations have been measured on the bridge to determine the displacement and the vertical and transverse dynamic characteristics of the steel deck truss. In the analytical modeling, three-dimensional finite element analysis was developed and validated against the ambient tests.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.3
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pp.319-328
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2011
This paper introduces the construction of Strut-Tie model based on the Evolutionary Structural Optimization(ESO) method. Differently from conventional ESO method which uses plane stress elements, the introduced approach adopts the use of truss elements with the fact that the optimum topology of structures by ESO method is open a truss-like structure. Several examples are provided to demonstrate the capability of the proposed method in finding the best Strut-Tie models. In advance, it is shown that the introduced method is supported through the correlation studies between two-dimensional plane stress analysis and Strut-Tie models, and can be used effectively in practice, especially in shear design of complex reinforced concrete members where no previous experience is available.
Human-induced vibration could present a serious serviceability problem for large-span and/or lightweight floors using the high-strength material. This paper presents the results of heel-drop, jumping, and walking tests on a large-span composite steel rebar truss-reinforced concrete (CSBTRC) floor. The effects of human activities on the floor vibration behavior were investigated considering the parameters of peak acceleration, root-mean-square acceleration, maximum transient vibration value (MTVV), fundamental frequency, and damping ratio. The measured field test data were validated with the finite element and theoretical analysis results. A comprehensive comparison between the test results and current design codes was carried out. Based on the classical plate theory, a rational and simplified formula for determining the fundamental frequency for the CSBTRC floor is derived. Secondly, appropriate coefficients (βrp) correlating the MTVV with peak acceleration are suggested for heel-drop, jumping, and walking excitations. Lastly, the linear oscillator model (LOM) is adopted to establish the governing equations for the human-structure interaction (HSI). The dynamic characteristics of the LOM (sprung mass, equivalent stiffness, and equivalent damping ratio) are determined by comparing the theoretical and experimental acceleration responses. The HSI effect will increase the acceleration response.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.1
no.2
s.2
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pp.63-74
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2001
In this paper the feasibility of Nondestructive Damage Detection (NDD) in large structures is demonstrated via simulating vibration monitoring of such structures. The theory of NDD for truss type structures is formulated. To examine the feasibility of the theory, a finite element model of a 3-D truss structure, which consists of sixteen bays and includes 246 elements, is developed to simulate damage. Four damage cases are simulated numerically and the cases range from the structure being damaged in one location to the structure being damaged in three locations. For the given modal parameters, this study reveals very good results for small amounts of damage as well as large damage.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2003.05a
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pp.912-917
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2003
In this paper a new truss modeling technique for describing the beam shear resistance mechanism is proposed based on the reinterpretation of the well-known relationship between shear and the rate of change of bending moment in a reinforced concrete beam subjected to combined shear and moment loads. The core of the model is that a new perspective on the shear resistance can be gained by viewing the internal stress filed in terms of the superposition of two base components of shear resistance; arch action and beam action. The arch action can be described as a simple tied-arch which is consisted of a curved compression chord and a tension tie of the longitudinal steel, while the beam action between the two chords can be modeled as a membrane shearing element with forming a smeared truss action. The compatibility of deformation associated to the two action is taken into account by employing an experimental factor or internal state force factor a. Then the base equation of V=dM/dx is numerically duplicated. The new model was examined by the 362 experimental results. The shear strength predicted by the internal force state factor a show better correlation with the tested values than the present shear design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.6
s.261
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pp.694-700
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2007
Recently, a new cellular metal, WBK(Wire woven Bulk Kagome) has been introduced. WBK is fabricated by assembling metal wires in six directions into a Kagome-like truss structure and by brazing it at all the crossings. Wires as the raw material are easy to handle and to attain high strength with minimum defect. And the strength and energy absorption are superior to previous cellular metals. Therefore, WBK seems to be promising once the fabrication process for mass production is developed. In this paper, an upper bound solution for the mechanical properties of the bulk WBK under compression is presented. In order to simulate uniform behavior of WBK consisted of perfectly uniform cells, a unit cell of WBK with periodic boundary conditions is analyzed by the finite element method. In comparison with experimental test results, it is found that the solution provides a good approximation of the mechanical properties of bulk WBK cellular metals except for Young's modulus. And also, the brazing joint size does not have any significant effect on the properties with an exception of an idealized thin joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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