A forecast of slope behavior during catastrophic events, such as earthquakes is crucial to recognize the risk of slope failure. This paper endeavors to eliminate the significant supposition of predefined slip surfaces in the slope stability analysis, which questions the relevance of simple conventional methods under seismic conditions. To overcome such limitations, a methodology dependent on the slip line hypothesis, which permits an automatic generation of slip surfaces, is embraced to trace the extreme slope face under static and seismic conditions. The effect of earthquakes is considered using the pseudo-static approach. The current outcomes developed from a parametric study endorse a non-linear slope surface as the extreme profile, which is in accordance with the geomorphological aspect of slopes. The proposed methodology is compared with the finite element limit analysis to ensure credibility. Through the design charts obtained from the current investigation, the stability of slopes can be assessed under seismic conditions. It can be observed that the extreme slope profile demands a flat configuration to endure the condition of the limiting equilibrium at a higher level of seismicity. However, a concurrent enhancement in the shear strength of the slope medium suppresses this tendency by offering greater resistance to the seismic inertial forces induced in the medium. Unlike the traditional linear slopes, the extreme slope profiles mostly exhibit a steeper layout over a significant part of the slope height, thus ensuring a more optimized solution to the slope stability problem. Further, the susceptibility of the Longnan slope failure in the Huining-Wudu seismic belt is predicted using the current plasticity approach, which is found to be in close agreement with a case study reported in the literature. Finally, the concept of equivalent single or multi-tiered planar slopes is explored through an example problem, which exhibits the appropriateness of the proposed non-linear slope geometry under actual field conditions.
Model Predictive Control (MPC) is an advanced control approach that uses the current states of the system model to predict its future behavior. In this article, according to the seismic dynamics of structural systems, the Predictive Functional Control (PFC) method is used to solve the control problem. Although conventional PFC is an efficient control method, its performance may be impaired due to problems such as uncertainty in the structure of state sensors and process equations, as well as actuator saturation. Therefore, it requires the utilization of appropriate estimation algorithms in order to accurately evaluate responses and implement actuator saturation. Accordingly, an extended PFC is presented based on the H-ifinity (H∞) filter (HPFC) while considering simultaneously the saturation actuator. Accordingly, an extended PFC is presented based on the H-ifinity (H∞) filter (HPFC) while considering the saturation actuator. Thus, the structural responses are formulated by two estimation models using the H∞ filter. First, the H∞ filter estimates responses using a performance bound (𝜃). Second, the H∞ filter is converted into a Kalman filter in a special case by considering the 𝜃 equal to zero. Therefore, the scheme based on the Kalman filter (KPFC) is considered a comparative model. The proposed method is evaluated through numerical studies on a building equipped with an Active Tuned Mass Damper (ATMD) under near and far-field earthquakes. Finally, HPFC is compared with classical (CPFC) and comparative (KPFC) schemes. The results show that HPFC has an acceptable efficiency in boosting the accuracy of CPFC and KPFC approaches under earthquakes, as well as maintaining a descending trend in structural responses.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.2
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pp.37-44
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2023
In the case of a school building, even though it is a regular structure in terms of plan shape, if the masonry infill wall acts as a lateral load resisting element, it can be determined as a torsionally irregular building. As a result, the strength and ductility of the structure are reduced, which may cause additional earthquake damage to the structure. Therefore, in this study, a structure similar to a school building with torsional irregularity was selected as an example structure and the damping performance of the PC-BRB was analyzed by adjusting the eccentricity according to the amount of masonry infilled wall. As a result of nonlinear dynamic analysis after seismic reinforcement, the torsional irregularity of each floor was reduced compared to before reinforcement, and the beams and column members of the collapse level satisfied the performance level due to the reduction of shear force and the reinforcement of stiffness. The energy dissipation of PC-BRB was similar in the REC-10 ~ REC-20 analytical models with an eccentricity of 20% or less. REC-25 with an eccentricity of 25% was the largest, and it is judged that it is effective to combine and apply PC-BRB when it has an eccentricity of 25% or more to control the torsional behavior.
A numerical procedure is presented fur evaluating seismic liquefaction on sloping ground sites. The procedure uses a fully coupled dynamic effective stress analysis with a plastic constitutive model called UBCSAND. The model was first calibrated against laboratory element behavior. This involved cyclic simple shear tests performed on loose sand with and without initial static shear stress. The numerical procedure is then verified by predicting a centrifuge test with a slope performed on loose Fraser River sand. The predicted excess pore pressures, accelerations and displacements are compared with the measurements. The results are shown to be in good agreement. The shear stress reversal patterns depend on static and cyclic shear stress levels and are shown to play a key role in evaluating liquefaction response in sloping ground sites. The sand near the slope has low effective confining stress and dilates more. When no stress reversals occur, the sand behaves in a stiffer manner that curtails the accumulated downslope displacements. The numerical procedure using UBCSAND can serve as a guide for design of new soil structures or retrofit of existing ones.
Hwang, Inho;Ju, Minkwan;Sim, Jongsung;Lee, Jong Seh
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.5A
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pp.685-690
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2008
Recently, as large structures become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, a base isolation system using hysteretic damper is shown to effectively protect structures against earthquakes. A mechanical model is determined that can effectively portray the behavior of a typical E-shape device. Comparison with experimental results for a hysteretic damper indicates that the model is accurate over a wide range of operating conditions and adequate for analysis. The seismic performance of hysteretic dampers are studied and compared with the conventional systems as a base isolation system. A five-story building is modeled and the seismic performance of the systems subjected to three different earthquake is compared. The results show that the hysteretic damper system can provide superior protection than the other systems for a wide range of ground motions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.155-162
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2006
This study presents the seismic risk assesment for an extradosed bridge with seismic isolators of lead rubber bearings(LRB). First, the seismic vulnerability of a structure and then the seismic hazard of the site are evaluated using earthquake data set and seismic hazard map in Korea, and then the seismic risk of the structure is assessed. The nonlinear seismic analyses are carried out to consider plastic hinges of bridge columns and nonlinear characteristics of soil foundation. The ductility demand is adopted to describe the nonlinear behavior of a column, and the moment-curvature curve of a column is assumed to be bilinear hysterestic. The fragility curves are represented as a log-normal distribution function for column damage, movement of superstructure, and cable yielding. And seismic hazard is estimated using the available seismic hazard maps. The results show that the effectiveness of the seismic isolators for the columns is more noticeable than those for cables and girders, in seismic isolated extradosed bridges under earthquakes.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.1-12
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2023
This paper assesses the suitability of existing standards for plastic material models and performance level evaluation methods in seismic performance evaluations of concrete dam piers during Maximum Credible Earthquakes (MCE). Dynamic plastic analysis was conducted to examine the applicability of the plastic material model under various conditions. As a result reveal that when the minimum reinforcement ratio is not met, the average stress-average strain method recommended in current dam seismic performance evaluation guidelines tends to underestimate pier responses compared to the predicted outcomes of dynamic elastic analysis. Consequently, the paper proposes an improvement plan that treats dam piers with an insufficient minimum reinforcement ratio as unreinforced and integrates fracture energy into concrete tensile behavior characteristics for performance level evaluation. Implementing these improvements can lead to more conservative evaluation outcomes compared to current seismic performance evaluation methods.
Underground utility tunnel, the most representative cut and cover structure, is subjected to seismic force by displacement of the surrounding soil. In 2020, Korea Infrastructure Safety Corporation has published "Seismic Performance Evaluation Guideline for Existing Utility Tunnel." This paper introduces two seismic evaluation methods, RDM (Response Displacement Method) and RHA (Response History Analysis) adopted in the guide and compares the methods for an example of an existing utility tunnel. The test tunnel had been constructed in 1988 and seismic design was not considered. RDM is performed by single and double cosine methods based on the velocity response spectrum at the base rock. RHA is performed by finite difference analysis that is able to consider nonlinear behavior of soil and structure together in two-dimensional plane strain condition. The utility tunnel shows elastic behavior for RDM, but shows plastic hinge for RHA under the collapse prevention level earthquake.
An investigation was conducted into the flexural behavior of earthquake damaged reinforced concrete columns repaired with carbon fiber sheets. Six column specimens were tested to failure under reversed cyclic loading. Two columns were specimens for control with no sheets and tested. These columns were repaired with carbon fiber sheets and retested to evaluate the effect of the confinement of the carbon fiber on the damaged column. Another two columns were repaired and tested with no pre-cyclic loading. The test specimens were designed to model single bent under a constant axial force with reversed cyclic lateral loading. Carbon fiber sheets were used to repair damaged concrete columns in the critically stressed areas near the column footing joint and the physical, mechanical properties of carbon fiber sheets are described. The performance of repaired columns in terms of their hysteretic response is evaluated and compared to those of the original columns. The results indicate that the repaire technique with carbon fiber sheets is highly effective. Both flexural strength and displacement ductility of repaired columns were higher than those of the original columns.
Cho, Chul Min;Lee, Doo Sung;Kim, Tae Kyun;Kim, Jang-Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.2
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pp.289-301
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2017
As earthquakes have frequently happened all over the world, huge losses of human life and property have occurred. Therefore, retrofitting and strengthen technologies of non-seismically designed structures in Korea are urgent. Also, there has been a growing interest about seismic retrofitting, where researches on the topic have been actively pursued in Korea. The study results showed that ductility inducing retrofitting method is more superior stiffness inducing method. In Japan, Super Reinforcement with Flexibility (SRF) was introduced. Therefore, in this study, seismic performance evaluation was performed through pseudo dynamic test and uniaxial compression test for RC column retrofitted by PolyUrea for ductility inducing retrofitting material. Uniaxial compression test results showed that strength of all specimens retrofitted by PolyUrea was higher than that of RC specimens. Also, all specimens retrofitted by PolyUrea also showed ductile fracture behavior. In pseudo dynamic test, by appling real earthquake record, the seismic behavior of RC column reinforced by PolyUrea was evaluated through relative displacement, reinforcement strain, displacement ductility, and dissipation energy. The results showed that PolyUrea helped to enhance seismic performance of RC columns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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