Laminar-shear-boxes are widely used to simulate free-field seismic ground response by using a l-g shaking table or geo centrifuge in geotechnical earthquake engineering. This study numerically modeled and compared the ground responses in the free field, rigid box, and laminar shear box by using a 3-D FEM program. It is found from the numerical simulations that the laminar shear box can simulate the free field ground movement more precisely than the rigid box. However, the laminar shear box underestimated the surface acceleration of the free field ground. It also showed low-frequency characteristics probably because the stiffness and inertia effect of surrounding ground are neglected.
Song, Young Woo;Chung, Choong Ki;Park, Ka Hyun;Kim, Min Gi
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.2
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pp.357-367
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2018
Recent earthquakes in Gyeongju and Pohang have raised interest in liquefaction in South Korea. Liquefaction, which is a phenomenon that excessive pore pressure is generated and the shear strength of soil is decreased by repeated loads such as earthquakes, causes severe problems such as ground subsidence and overturning of structures. Therefore, it is necessary to identify and prepare for the possibility of liquefaction in advance. In general, the possibility of liquefaction is quantitatively assessed using the Liquefaction Potential Index (LPI), but it takes a lot of time and effort for performing site response analysis which is essential for the liquefaction evaluation. In this study, a simple method to evaluate the liquefaction potential without executing the site response analysis in a downtown area with a lot of borehole data was proposed. In this simple method, the correlation between the average shear wave velocity of the target location ground and the LPI divided by thickness of liquefiable layer was established. And the applicable correlation equation for various rock outcrop accelerations were derived. Using the 104 boreholes information in Seoul, the correlation equation between LPI and the shear wave velocity (ground water level: 0m, 1m, 2m, 3m) is obtained and the possibility of liquefaction occurrence in Seoul and Gyeongju is evaluated. The applicability of the proposed simple method was verified by comparing the LPI values calculated from the correlation equation and the LPI values derived using the existing site response analysis. Finally, the distribution map of LPI calculated from the correlation was drawn using Kriging, a geostatistical technique.
The purpose of this paper is to analytically find the approximate supplement damping ratio of the viscous damper installed in self-centering (SC) single-degree-of-freedom (SDOF) systems with maximum displacements that are similar to those of elasto-plastic (EP) SDOF systems. The behavior of an SC SDOF system under harmonic cyclic loading was first described. Then an analytical model that can capture the behavior of the viscously damped SC SDOF system was introduced. Analysis parameters that characterize the hysteresis of the EP and SC SDOF systems were chosen, and nonlinear time-history analyses were performed using 20 historical accelerograms. Most of the SC SDOF systems with viscous dampers with approximately 10-15% damping ratios presented mean maximum displacement values that were similar to those of the EP SDOF systems. To investigate in detail the seismic performance of both systems, three EP SDOF systems and six corresponding SC SDOF systems were selected. The analyses showed that all the SC SDOF systems eliminated the residual displacements after the end of their shaking, and that the SC SDOF systems with 15% damping ratios performed better than the EP SDOF systems in terms of maximum displacement and acceleration response.
It has been pointed out that the collapses of unsaturated road embankments caused by earthquake are attributed to high water content caused by the seepage of the underground water and/or the rainfall infiltration. Hence, it is important to study influences of water content on the dynamic stability and deformation mode of unsaturated road embankments for development of a proper design scheme including an effective reinforcement to prevent severe damage. This study demonstrates dynamic centrifugal model tests with different water contents to investigate the effect of water content on deformation and failure behaviors of unsaturated road embankments. Based on the measurement of displacement, the pore water pressure and the acceleration during dynamic loading, dynamic behavior of the unsaturated road embankments with about optimum water content and the higher water content than the optimum one have been examined. In addition, an image analysis has revealed the displacement field and the distributions of strains in the road embankment, by which deformation mode of the road embankment with higher water content has been clarified. It has been confirmed that in the case of higher water content the settlement of the crown is large mainly owing to the volume compression underneath the crown, while the small confining pressure at the toe and near the slope surface induces large shear deformation with volume expansion.
Recently, the frequency of occurring dynamic events such as earthquakes, explosives blasting and other types of vibration has been increasing. Besides, the chances of exposure for rock discontinuities to free faces get higher as the scale of rock mass structures become larger. For that reason, the frictional behavior of rock joints under dynamic conditions needs to be investigated. In this study, artificially fractured rock joint specimens were prepared in order to examine the dynamic frictional behavior of rough rock joint. Roughness of each specimen was characterized by measuring surface topography using a laser profilometer and a series of shaking table tests was carried out. For mated joints, the static friction angle back-calculated ken the yield acceleration was $2.7^{\circ}$ lower than the tilt angle on average. The averaged dynamic friction angle for unmated joints was $1.8^{\circ}$ lower than the tilt angle. Displacement patterns of sliding block were classified into 4 types and proved to be related to the first order asperity of rock joint. The tilt angle and the static friction angle for mated joints seem to be correlated to micro average inclination angle which represents the second order asperity. The tilt angle and the dynamic friction angle for unmated Joints, however, have no correlation with roughness parameters. Friction angles obtained by shaking table test were lower than those by direct shear test.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5C
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pp.185-192
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2012
The objective of this study is to present and verify a method for evaluating the fundamental period of a rockfill dam using artificially generated vibration from a blasting event. In this study, the artificial blasting vibration tests were carried out at the site adjacent to the existing Seongdeok Dam for the first time in Korea. The artificial vibrations were induced by 4 different types of blasting with the various depths of blasting boreholes and the various explosive charge weight. During the tests, the accelerations time histories were recorded at the crest of the dam. In this acceleration history, only free vibration decay part following the main vibration event was extracted and it was analyzed by frequency domain analysis using Fast Fourier Transform (FFT). From the results of FFT, the fundamental period of the target dam was evaluated. It is found that the effect of different blasting types on the fundamental period of the target dam is negligible and the fundamental period of the target dam can be consistently obtained by blasting vibration tests. Furthermore, it is found that the period of the target dam calculated by the method using blasting vibration test is similar to that obtained by the method of previous researchers using the real earthquake records. Therefore, in case that the earthquake record is not available, the fundamental period of a rockfill dam can be reasonably evaluated if blasting vibration test is allowed at the site adjacent to the dam.
Longitudinal strain is an important component of seismic design for buried pipelines. A design procedure which determines the wavelength from site natural period and shear wave velocity of the soil layer and closed-form solutions of pipelines under a harmonic motion is typically used in design. However, the applicability of the procedure has not yet been thoroughly investigated. In this paper, displacement-time histories extracted from 1D site response analyses are used in 3D shell-spring model to accurately predict the response of pipelines. The results are closely compared to those from the design procedure. The area of interest is East Siberia. Performing a site response analysis to determine site specific displacement time history is highlighted. The site natural period may be used to predict the predominant period of the acceleration time history, but cannot be used to estimate the predominant period of the displacement time history. If an accurate estimate of the predominant period of the displacement time history is provided, it is demonstrated that the design equation can be successfully used to predict the response of pipelines.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.4
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pp.79-88
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2011
Recently, complex-shaped tall buildings represented by 3T(Twisted, Tapered, Tilted) are planed largely. A diagrid structural system is one of the most widely used structural system for complex-shaped tall buildings because of its structural efficiency and formativeness. Plans for tilted tall buildings are largely presented because of beauty of a sculpture and many of buildings use diagrid structural systems. Lateral displacements of tilted tall buildings are induced by not only lateral loads but also self weight. Therefore, reduction of lateral responses of tilted tall buildings is as important as typical tall buildings. In this study, a smart TMD is introduced to reduce seismic responses of tilted diagrid tall buildings and its control performance is evaluated. MR damper is employed for the smart TMD and ground-hook controller is used as a control algorithm for the smart TMD. 100-story tall building is used as an example structure. Control performances of uncontrolled case, controlled case with TMD and controlled case with smart TMD are compared and investigated. Numerical simulation has shown that smart TMD presented good control performance for displacement response but acceleration response was not controlled well.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.6
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pp.469-477
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2017
In this paper, the floor vibration of an example concert hall building was measured and floor safety criteria were analytically checked through comparison between experimental and analytical results. The floor bottom plate model was constructed considering the composite effect and the analytical model was modified to have the natural frequency identical to the measured one. Also, time history analysis was conducted using the dynamic loads induced by human rhythmic movement during a musical performance, and the analytically calculated floor accelerations were similar to the measured one. Based on this model, the floor vibration level due to the group activities of about 400 persons, maximum available persons for the concert hall, was estimated. It was confirmed that the human induced dynamic loads applied to the column and beam would be much lower than the design strength. In addition, the horizontal acceleration level is just 2% of the design seismic load, so the concert hall is safe in both vertical and horizontal excitations by human rhythmic movements.
Yun, Jong Seok;Han, Jin-Tae;Kim, Jong-Kwan;Kim, Dongchan;Kim, Dookie;Choo, Yun Wook
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.38
no.11
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pp.119-135
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2022
This paper used dynamic centrifuge tests to examine the seismic response for a deep temporary retaining wall with four input motions of 100, 1,000, and 2,400 years of return periods. The centrifuge model was designed based on an actual deep excavation design with a 50 m maximum excavation depth. The model backfill was prepared with dry silica sand at a relative density of 55%, and the retaining wall was modeled as a 24.8 m height diaphragm wall supported by struts. Acceleration response was amplified at the backfill surface, top of the wall, and near bedrock. However, in the middle of the model, input motion was de-amplified. The member forces of the wall and strut induced by the seismic load, which excited, were compared with the member force at rest condition. The wall's maximum negative and positive moments were increased to 36% and 10% compared to the maximum moment at rest. The maximum axial force increases to 70% of the at rest axial force on the bottom strut. The equivalent static analysis using Mononobe-Okabe (M-O) and Seed-Whitman (S-W) seismic earth pressures were compared to the centrifuge results. Considering the bending moment, the analysis results with the M-O theory underestimates but that with the S-W theory overestimates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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