This paper studied the effect of soil-structure interaction (SSI) on the seismic response and retrofit of a reinforced concrete structure with a soft-first story for different soil types. A 5-story structure built on a 30m deep homogeneous soil mass was considered as a case study structure, and steel column jacketing and steel bracing were chosen as seismic retrofit methods. Seismic responses of a fixed-base and a flexible base structure subjected to seven scaled earthquake records were obtained using the software OpenSees to investigate the effect of soil on seismic response and retrofit. The nonlinearBeamColumn elements with the fiber sections were used to simulate the nonlinear behavior of the beams and columns. Soil properties were defined based on shear wave velocity according to categorized site classes defined in ASCE-7. The finite element model of the soil was made using isoparametric four-noded quadrilateral elements and the nonlinear dynamic responses of the combined system of soil and structure were calculated in the OpenSees. The analysis results indicate that the soil-structure interaction plays an important role in the seismic performance and retrofit of a structure with a soft-first story. It was observed that column steel jacketing was effective in the retrofit of the model structure on a fixed base, whereas stronger retrofit measures such as steel bracing were needed when soil-structure interaction was considered.
A quantitative prediction method for initial crack length in a carbon/epoxy (CF/EP) composite beam using active piezoelectric transducers was established in this study. Wavelet Transform (WT)-based signal processing and identification technique in time-frequency domain was developed to facilitate the determination of damage presence and severity. Dynamic response of a CF/EP composites beam containing a continuously expanding crack, coupled with a pair of active piezoelectric disks, was examined under a narrow band excitation, and then applied with the proposed signal processing technique.
A theoretical method is developed to analyze the free vibration of an elastic annular plate in contact with an ideal liquid. The displacement potential functions of the contained liquid are expressed as a combination of the Bessel functions that satisfy the Laplace equation and the liquid boundary conditions. The compatibility condition along the interface between the annular plate and the contained liquid is taken into account to consider the fluid-structure coupling. The dynamic displacement of the wet annular plate is assumed to be a combination of dry eigenfunctions, allowing for prediction of the natural frequencies using the Rayleigh-Ritz method. The study investigates the effect of radial liquid boundary conditions on the natural frequencies of the wet annular plate, considering four types of liquid bounding: outer container bounded, outer and inner bounded, inner bounded, and radially unbounded. The proposed theoretical method is validated by comparing the predicted wet natural frequencies with those obtained from finite element analysis, showing excellent accuracy. The results indicate that the radial liquid bounding effect on the natural frequencies is negligible for the axisymmetric vibrational mode, but relatively significant for the mode with one nodal diameter (n =1) and no nodal circle (m' = 0). Furthermore, the study reveals that the wet natural frequencies are the largest for the plate with an inner bounded cylinder among the radial liquid boundary cases, regardless of the vibration mode.
The structural health of a pipeline is usually assessed by visual inspection. In addition to the fact that this method is expensive and time consuming, inspection of the whole structure is not possible due to limited access to some points. Therefore, adopting a damage detection method without the mentioned limitations is important in order to increase the safety of the structure. In recent years, vibration-based methods have been used to detect damage. These methods detect structural defects based on the fact that the dynamic responses of the structure will change due to damage existence. Therefore, the location and extent of damage, before and after the damage, are determined. In this study, fuzzy genetic algorithm has been used to monitor the structural health of the pipeline to create a fuzzy automated system and all kinds of possible failure scenarios that can occur for the structure. For this purpose, the results of an experimental model have been used. Its numerical model is generated in ABAQUS software and the results of the analysis are used in the fuzzy genetic algorithm. Results show that the system is more accurate in detecting high-intensity damages, and the use of higher frequency modes helps to increase accuracy. Moreover, the system considers the damage in symmetric regions with the same degree of membership. To deal with the uncertainties, some error values are added, which are observed to be negligible up to 10% of the error.
Based on the sliding isolation concrete LSS (liquid-storage structure), the specific seismic vulnerability is analyzed according to the general failure mode. In this study, 12 seismic inputs with different characteristics are used, and their acceleration peak values are modulated. By inputting these waves to the sliding isolation concrete storage structure, the finite-element models of different concrete rectangular LSSs are obtained and analyzed, and the failure probabilities are obtained according to the IDA (incremental dynamic analysis) curves of the structure. The results show that when the seismic acceleration peak value gradually increases from 0.1 g to 1.0 g, the failure probability of LSS gradually increases with the increase in friction coefficient. However, the failure probability of a sliding isolation LSS is less than 100% and far less than the failure probability of a non-isolated rectangular LSS, which shows that an isolated liquid storage structure continues working under a big earthquake. Thus, the sliding isolation for the concrete LSS has a significant damping effect.
In this study, the natural frequencies of Functional Graded Materials (FGM) plates are predicted using Artificial Neural Network (ANN). A model based on Third-order Shear Deformation Theory (TSDT) and FEM is used to train the ANN model. Different training methods are tested to simulate input and output dependency. As this is a parametric model, several architectures and optimization algorithms were tested. The proposed model allows us to minimize the CPU time to evaluate candidate material properties for FGM plate material selection and demonstrate their influence on dynamic behavior. Consequently, the time required for the FGM design process (candidate materials for material selection) and the geometric optimization of the FGM structure would remain reasonable. The ANN model can help industries to produce FGM plates with good mechanical properties of the selected materials. I addition, this model can be used to directly predict vibration behavior by testing a large number of FGM plates, representing all possible combinations of metals and ceramics in today's industry, without having to solve any eigenvalue problems.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.6
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pp.955-967
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2016
As transportation systems for connecting lands and islands, oversea long-span bridges, underwater tunnels, and immersed tunnels have been mainly used so far. Submerged floating tunnels (SFTs) moored under specific water depth are one of the newest oversea transportation system. Compared to other existing systems, the new system requires relatively less construction cost and time. But, there is still no construction example. For reasonable design of the tunnel and mooring lines the rational structural analysis should be firstly performed. Unlike common transportation structures, the submerged tunnels are mainly affected by the wave, vary irregular excitation component. So, the analysis scheme might be difficult because of the characteristics of the submerged structures. This study aims to suggest the rational global performance analysis methodology for the submerged tunnels. Using ABAQUS the dynamic response of the experimental models studied by KIOST (2013) was investigated considering regular waves. By comparing the simulation results with the experimental results, the feasibility of the numerical simulation was verified. Using the suggested method, the effects of initial inclination of the tethers and draft of the tunnel on the dynamic behavior were studied. In addition, dynamic response of a SFT under the irregular wave was examined.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.10a
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pp.111-114
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1991
The KMRR 4-wheel crane which has a span of 30.6m long shall be designed to maintain its structural integrity during and after seismic shocks. Horizontal and vertical FRS for OBE and SSE conditions at the crane support are after seismic shock. Horizontal and vertical FRS for analysis are 4% for OBE and 7% for SSE. The crane consists of girder, saddle main and auxiliary trolley, and necessaries. They are modeled as beam elements and lumped masses for the following 4 cases ; trolley at center of the crane with and without the rated load, trolley at end with and without the rated load. The static analysis as well as the linear dynamic analysis including frequency and response spectrum analysis are performed for the seismic qualification of the crane using the Finite Element Method. For the simplicity of the analysis, the decoupling criteria are considered for the crane rope and the crane supporting beams. The main sections of the crane are stiffened until the calculated stresses satisfy the allowable limits. The seismic resultant loads are used to design the seismic restraints of the saddle and the trolley to protect the clue from the seismic uplifting loads the study results have show that the seismic design of the KMRR crane is governed by the OBE condition. not by the SSE condition. This paper briefly describes the analysis procedure used in the seismic design of the KMRR crane, and summarizes the analysis results.
Park, Sohyeon;Kim, Eunsung;Oh, Sangyeob;Yu, Hyosun;Yang, Sungmo;Kim, YongKwan
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.1
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pp.29-35
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2014
This paper aims to obtain the effect of lightweight on Radius rod. The response surface method used in the paper is the statistical method. Optimization method is performed with the Radius rod using the lightweight material. Structural analysis is executed by using the ANSYS program to find static and dynamic responses. From this study result, it is verified that the response surface method has the advantage of optimum value in comparison with other optimization methods. The analysis is also performed by response surface method to derive optimal design values. Steel model and aluminium initial model are obtained by finite element analysis to clarify design criteria and the results are compared with three models each other. The weights can be reduced by optimal design analysis results of these models similar to those of existing products. The quantitative goals in this study can also attained through results of fatigue analyses. The reliability on optimal design of Radius rod can be improved by use of structural and fatigue analysis results.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.3
s.55
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pp.73-86
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2007
In this paper, a simple seismic analysis model of the KALIMER-600 sodium-cooled fast reactor selected to be the candidate of the GEN-IV reactor is developed. By using this model, the seismic time history analysis is carried out to investigate the feasibilities of a seismic isolation design. The developed simple seismic analysis model includes the reactor building, reactor system,, IHTS piping system, steam generator, and seismic isolators. The dynamic characteristics of the simple seismic model are verified with the detailed 3-dimensional finite element analysis for each part of the KALIMER-600 system. By using the developed simple seismic model, the seismic time history analyses for both cases of a seismic isolation and non-isolation design are performed for the artificial time history of a SSE (Safe Shutdown Earthquake) 0.3g. From the comparison of the calculated floor response spectrum, it is verified that the seismically isolated KALIMER-600 reactor building shows a great performance of a seismic isolation and assures a seismic integrity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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