Park, Won-Suk;Kim, Dong-Seok;Choi, Hyun-Sok;Koh, Hyun-Moo
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.1-11
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2006
This paper presents a seismic fragility analysis method for a cable-stayed bridge with energy dissipation devices. Model uncertainties represented by random variables include input ground motions, characteristics of energy dissipation devices and the stiffness of cable-stayed bridge. Using linear regression, we established demand models for the fragility analysis from the relationship between maximum responses and the intensity of input ground motions. For capacity models, we considered the moment and shear force of the main tower, longitudinal displacement of the girder, deviation of the stay cables tension and the local buckling of the main steel tower as the limit states for cable-stayed bridge. As a numerical example, fragility analysis results for the 2nd Jindo bridge are presented. The effect of energy dissipation devices is also briefly discussed.
The ground-structure interaction of the bridge foundation has been pointed out as a major factor influencing the behavior of the bridge during earthquakes. In this study, the effect of characteristics of ground and bridge foundation on the earthquake vulnerability is investigated. From the pseudo-static analysis, it is confirmed that non-linearity becomes lesser and horizontal load becomes greater when surcharge is considered. It is also found that as the ground worsens and the size of foundation decreases, horizontal load reduces. To derive reasonable structural model for bridge foundation, fragility curve is obtained considering four conditions (fixed condition, equivalent linear condition, non-linear without surchage condition, non-linear with surcharge condition) and compared. Seismic analysis is performed on single pier with Opensees. From the earthquake vulnerability analysis, it is found that shallow foundation can be assumed as fixed condition. In conservative approach, stiffness of spring can be obtained based on Korean highway bridge design code for pile foundation which can consider the ground condition.
3차원 대규모 지하구조물의 동적응답을 결정하기 위한 일반적인 수치해석이 제안되었다. 지반과 구조물을 해석하기 위하여 Laplace 변환을 적용한 경계요소법을 설명하였고, 지반-구조물계에 작용하는 외부 동적하중과 지진파를 고려할 수 있도록 공식화하였다. 동적교란이 전파되는 경우에 시간영역의 응답을 얻기 위하여는 구해진 변화된 해를 수치적인 Laplce 역변환을 수행하여야 하지만 동적교란이 조화적인 경우에는 응답이 주파수 영역으로부터 직접 얻어지며, 역변환이 필요하지 않다. 이 방법의 특징은 높은 정확도와 효율성이며, 지반-구조물계에 대하여 초기조건 및 점탄성 재료의 거동을 쉽게 고려할 수 있다는 것이다. 그러므로 이 방법은 다양한 지하구조물의 동적거동과 지진에 대한 취약함을 연구하기 위한 적절한 도구로 사용되어 질 수 있다.
Kim, Hongkyoon;Shin, Chulsik;Lee, Taehyung;Lee, Jonggun;Park, Duhee
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.15
no.11
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pp.67-75
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2014
In this study, the staged seismic performance evaluations were conducted to the 91 high speed railway tunnels in use for checking whether to comply with the recent design criteria or not. In addition, the seismic fragility functions of the tunnels were developed to allow the probabilistic risk assessment. The results of the staged seismic performance evaluations which consist of a preliminary assessment and a detailed assessment, show that the tunnels comply with the recent design criteria. With reference to the results of previous studies, a form of the proposed seismic fragility functions was set as a log-normal distribution by PGA, and the parameters of the functions were determined by using the probability of damage for the design PGA level. The seismic fragility functions were developed for each types (Cut & Cover, NATM) of tunnels. The seismic fragility functions from this study and the existing research results (FEMA, 2004) were compared to evaluate the seismic performance level of the tunnels, as a result the tunnels of this study were relatively superior to the ASSM tunnels on the seismic performance.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.2
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pp.143-159
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2017
A probabilistic fragility assessment procedure is developed in this paper to predict risks of damage arising from seismic loading to the two-cell RC box tunnel. Especially, the paper focuses on establishing a simplified methodology to derive fragility curves which are an indispensable ingredient of seismic fragility assessment. In consideration of soil-structure interaction (SSI) effect, the ground response acceleration method for buried structure (GRAMBS) is used in the proposed approach to estimate the dynamic response behavior of the structures. In addition, the damage states of tunnels are identified by conducting the pushover analyses and Latin Hypercube sampling (LHS) technique is employed to consider the uncertainties associated with design variables. To illustrate the concepts described, a numerical analysis is conducted and fragility curves are developed for a large set of artificially generated ground motions satisfying a design spectrum. The seismic fragility curves are represented by two-parameter lognormal distribution function and its two parameters, namely the median and log-standard deviation, are estimated using the maximum likelihood estimates (MLE) method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2A
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pp.119-130
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2009
Seismic fragility curves of a structure represent the probability of exceeding the prescribed structural damage state for a given various levels of ground motion intensity such as peak ground acceleration (PGA), spectral acceleration ($S_a$) and spectral displacement ($S_d$). So those are very essential to evaluate the structural seismic performance and seismic risk. The purpose of this paper is to develop seismic fragility curves for PSC box girder bridges. In order to construct numerical fragility curve of bridge structure using nonlinear time history analysis, a set of ground motions corresponding to design spectrum are artificially generated. Assuming a lognormal distribution, the fragility curve is estimated by using the methodology proposed by Shinozuka et al. PGA is simple and generally used parameter in fragility curve as ground motion intensity. However, the PGA has not good relationship with the inelastic structural behavior. So, $S_a$ and $S_d$ with more direct relationship for structural damage are used in fragility analysis as more useful intensity measures instead of PGA. The numerical fragility curves based on nonlinear time history analysis are compared with those obtained from simple method suggested in HAZUS program.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.5
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pp.110-118
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2018
Due to recent earthquakes, there is a growing awareness that Korea is not a safe zone for earthquakes any more. Therefore, the review of various aspects of the seismic safety of the infrastructures are being carried out. Because of the characteristics of the underground structure buried in the ground, the electric power utility tunnels must be considered not only for the inertia and load capacity of the structure itself but also the characteristics of the surrounding soils. An extensive and accurate numerical analysis is inevitably required in order to consider the interaction with the ground, but it is difficult to apply the soil-structure interaction analyses, which generally requires high cost and extensive time, to all electric power utility tunnel structures. In this study, the major design variables including soil characteristics are considered as independent variables, and the seismic safety factor, which is the result of the numerical analysis, is considered as a dependent variable. Thus, a method is proposed to select vulnerable electric power utility tunnels with low seismic safety factor while excluding costly and time-consuming numerical analyses through the direct correlation analysis between independent and dependent variables. Equations of boundary limits were derived based on the distribution of the seismic safety factor and the cover depth and rebar amounts with high correlation relationship. Consequently, a very efficient and simple approach is proposed to select vulnerable electric power utility tunnels without intensive numerical analyses. Among the 108 electric power utility tunnels that were investigated in this paper, 30% were screened as fragile structures, and it is confirmed that the screening method is valid by checking the safety factors of the fragile structure. The approach is relatively very simple to use and easy to expand, and can be conveniently applied to additional data to be obtained in the future.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.4
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pp.26-37
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2020
This study intends to present a fragility analysis method suitable for concrete cable-stayed bridges by performing an analysis reflecting design criteria and material characteristics from the results of inelastic time-history analysis. In order to obtain the fragility curve of the cable-stayed bridge, the limit state of the main component of the cable-stayed bridge is determined, and the damage state is classified by comparing it with the response value based on inelastic time history analysis. The seismic fragility curve of the cable-stayed bridge was made by obtaining the probability of damage to PGA that the dynamic response of the vulnerable parts to input ground motion would exceed the limit state of each structural member. According to the pylon's fragility curve, the probability of moderate damage at 0.5g is 32% for the longitudinal direction, while 7% for the transversal direction, indicating that the probability of damage in the longitudinal direction is higher in the same PGA than in the transversal direction. The seismic fragility curve of the connections showed a very high probability of damage, meaning that damage to the connections caused by earthquakes is very sensitive compared to damage to the pylon and cables. The cable's seismic fragility curve also showed that the probability of complete damage state after moderate damage state gradually decreased, resulting in less than 30% probability of complete damage at 2.0g.
몇 일 전 필자는 대전에 위치한 한 연구소에 근무하고 계신 분으로부터 지진취약도 분석에 관한 문의 전화를 받았다. 그분의 대학 후배가 지진취약도에 대한 연구를 하고 싶다는 내용이었다. 최근 필자는 그분 외에도 다른 분들과 함께 지진취약도 분석 및 이를 확장한 바람에 의한, 혹은 홍수에 의한 구조물의 확률적 안전성 분석에 관한 논의를 하곤 하였다. 현재까지 국내에서는 구조물의 취약도 분석에 대한 연구가 그다지 활발하지 않으나, 이에 대한 관심은 지속적으로 증가할 것으로 보여진다. 지진취약도를 한마디로 요약하면, "임의의 크기를 갖는 지진이 발생하였을 때, 구조물에 어느 규모 이상의 손상이 발생할 확률"을 의미하는 것으로, 구조물의 확률적 지진안전성으로 부를 수 있다. 예를 들어, "최대지반가속도가 0.1g인 지진이 발생하였을 때, 해당 구조물에 보수를 요하는 수준 이상의 손상이 발생할 확률이 30%이다"와 같은 정보를 지진취약도 곡선으로부터 읽을 수 있다. (중략)
Recently, earthquakes have occurred in our country and seismic stability of high-rise buildings in large cities is being a growing interest and thus the related studies have been increased. Also the grounds are considered indirectly in most of seismic designs and analyses and seismic researches based on 3D dynamic analysis are insufficient. In this study, therefore, 2D and 3D dynamic analyses were performed based on the SSI complete model including grounds and the behavior was compared and analyzed. For dynamic modeling, linear time history analyses were performed by using MIDAS GTS NX. For this purpose, a high-rise building was assumed to be constructed on top of the bedrock and surrounded by a surface layer. A sensitivity analysis was performed with the selected parameters. The dynamic behavior was compared and analyzed in terms of horizontal displacements, drift ratios, bending stresses, and weak parts. In most cases, 2D dynamic behavior was calculated to be larger than 3D's and thus it shows more conservative results with increasing number and size of weak parts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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