Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.4
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pp.1-11
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2007
This paper verifies the difference of the seismic behavior and seismic damage of the neighboring two reinforced concrete piers damaged by the 1995 Hyogoken Nanbu earthquake. The two piers were almost the same size, carrying slightly different dead load, and were provided with the same reinforcement arrangement except the amount of longitudinal reinforcement at the bottom portion of the piers. The pier with more reinforcement was completely collapsed due to this near field earthquake by shear failure at the longitudinal reinforcement cut-off while the other was only damaged at the bottom by flexure even though the longitudinal reinforcement cut-off was also existed at the mid height of the pier. According to the results of the pseudo dynamic test, the seismic damage was recognized to be greatly dependent on the ground motion characteristics even though the employed ground motions had the same peak acceleration. The severe damage was observed when the test employed the seismic wave that had strong influence to the longer period range compared to the initial natural period of the pier. On the other hand, based on the similar model experiment, the defect of gas-pressure welded splice of longitudinal reinforcement was revealed to save the piers against collapse due to the so-called fail-safe mechanism contrary to the intuitive opinion of some researchers. It was concluded that the primary cause of the collapse of the pier was the extremely strong intensity and peculiar characteristics of the earthquake motion according to both the site-specific and the structure-specific effects.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.3
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pp.141-150
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2014
A methodology to evaluate the seismic performance of interface piping systems that cross the isolation interface in the seismically isolated nuclear power plant (NPP) was developed. The developed methodology was applied to the safety-related interface piping system to demonstrate the seismic performance of the target piping system. Not only the seismic performance for the design level earthquakes but also the performance for the beyond design level earthquakes were evaluated. Two artificial seismic ground input motions which were matched to the design response spectra and two historical earthquake ground motions were used for the seismic analysis of piping system. The preliminary performance evaluation results show that the excessive relative displacements can occur in the seismically isolated piping system. If the input ground motion contained relatively high energy in the low frequency region, we could find that the stress response of the piping system exceed the allowable stress level even though the intensity of the input ground motion is equal to the design level earthquake. The structural responses and seismic performances of piping system were varied sensitively with respect to the intensities and frequency contents of input ground motions. Therefore, for the application of isolation system to NPPs and the verification of the safety of piping system, the seismic performance of the piping system subjected to the earthquake at the target NPP site should be evaluated firstly.
The Nobi fault zone, which generated the 1891 Nobi Earthquake (M8.0), includes five or six faults distributed in and around Gifu and Aichi prefectures, Japan. Because large cities are located near the fault zone (e.g., Gifu and Nagoya), and because the zone will likely be reactivated in the future, relatively thorough surveys have been conducted on the 1891 Nobi earthquake event, examining the fault geometry, house collapse rate, and the magnitude and distribution of earthquake intensity and fault displacement. In this study, we calculated the earthquake slip along faults in the Nobi fault zone by applying a 3D numerical analysis. The analysis shows that a zone with slip displacements of up to 100 mm included all areas with house collapse rates of 100%. In addition, the maximum vertical displacement was approximately ${\pm}1700mm$, which is in agreement with the ${\pm}1400mm$ or greater vertical displacements obtained in previous studies. The analysis yielded a fault zone with slip displacements of > 30 mm that is coincident with areas in which house collapse rates were 60% of more. The analysis shows that the regional slip sense was coincident with areas of uplift and subsidence caused by the Nobi earthquake.
Concrete pipelines are the most efficient and safe means for gas and oil transportation over a long distance. The use of nano materials and nono-engineering can be considered for enhancing concrete pipelines properties. the tests show that $SiO_2$ nanoparticles can improve the mechanical behavior of concrete. Moreover, severe hazard for pipelines is seismic ground motion. Over the years, scientists have attempted to understand pipe behavior against earthquake most frequently via numerical modeling and simulation. Therefore, in this paper, the dynamic response of underwater nanocomposite submerged pipeline conveying fluid is studied. The structure is subjected to the dynamic loads caused by earthquake and the governing equations of the system are derived using mathematical model via Classic shell theory and Hamilton's principle. Navier-Stokes equation is employed to calculate the force due to the fluid in the pipe. As well, the effect of external fluid is modeled with an external force. Mori-Tanaka approach is used to estimate the equivalent material properties of the nanocomposite. 1978 Tabas earthquake in Iran is considered for modelling seismic load. The dynamic displacement of the structure is extracted using differential quadrature method (DQM) and Newmark method. The effects of different parameters such as $SiO_2$ nanoparticles volume percent, boundary conditions, thickness to radius ratios, length to radius ratios, internal and external fluid pressure and earthquake intensity are discussed on the seismic response of the structure. From results obtained in this paper, it can be found that the dynamic response of the pipe is increased in the presence of internal and external fluid. Furthermore, the use of $SiO_2$ nanoparticles in concrete pipeline reduces the displacement of the structure during an earthquake.
A nuclear power plant (NPP) piping is designed against low-frequency earthquakes. However, earthquakes that can occur at NPP sites in the eastern part of the United States, northern Europe, and Korea are high-frequency earthquakes. Therefore, this study conducts bi-directional shaking table tests on actual-scale NPP piping and studies the response characteristics of low- and high-frequency earthquake motions. Such response characteristics are analyzed by comparing several responses that occur in the piping. Also, based on the test results, a piping numerical analysis model is developed and validated. The piping seismic performance under high-frequency earthquakes is derived. Consequently, the high-frequency excitation caused a large amplification in the measured peak acceleration responses compared to the low-frequency excitation. Conversely, concerning relative displacements, strains, and normal stresses, low-frequency excitation responses were larger than high-frequency excitation responses. Main peak relative displacements and peak normal stresses were 60%-69% and 24%-49% smaller in the high-frequency earthquake response than the low-frequency earthquake response. This phenomenon was noticeable when the earthquake motion intensity was large. The piping numerical model simulated the main natural frequencies and relative displacement responses well. Finally, for the stress limit state, the seismic performance for high-frequency earthquakes was about 2.7 times greater than for low-frequency earthquakes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.821-831
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2019
The 9.12 earthquake (2016.9.12., ML=5.8) and Pohang (2017.11.15., ML=5.4) caused social and economic damage, resulting in a greater public interest in earthquakes than in the past. In the U.S., Japan and Chile, which have high frequency of earthquakes, infrastructure facilities are already managed based on probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) and ground motion prediction equation (GMPE) to prepare for and respond to seismic disasters. In South Korea, the aforementioned PSHA and GMPE models have been developed independently through individual researchers. However, the limited disclosure of basic data, calculation methods, and final results created during the model development poses a problem of deploying new data without updating the earthquake that occurs every year. Therefore, this paper describes how to create flatfile, which is the basic data of GMPE, and how to process for seismic waves, and how to create intensity measures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.6
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pp.35-47
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2003
Seismic ground motion can vary significantly over distances comparable to the length of a majority of highway bridges on multiple supports. This paper presents results of fragility analysis of two actual highway bridges under ground motion with spatial variation. Ground motion time histories are artificially generated with different amplitudes, phases, as well as frequency contents at different support locations. Monte Carlo simulation is performed to study dynamic responses of the bridges under these ground motions. The effect of spatial variation on the seismic response is systematically examined and the resulting fragility curves are compared with those under identical support ground motion. This study shows that ductility demands for the bridge columns can be underestimated if the bridge is analyzed using identical support ground motions rather than differential support ground motions. Fragility curves are developed as functions of different measures of ground motion intensity including peak ground acceleration(PGA), peak ground velocity(PGV), spectral acceleration(SA), spectral velocity(SV) and spectral intensity(SI). This study represents a first attempt to develop fragility curves under spatially varying ground motion and provides information useful for improvement of the current seismic design codes so as to account for the effects of spatial variation in the seismic design of long-span bridges.
When a building suffers damages under moderate to severe loading condition, its physical properties such as damping and stiffness parameters will change. There are different practical methods besides various numerical procedures that have successfully detected a range of these changes. Almost all the previous proposed methods used to work with translational components of mode shapes, probably because extracting these components is more common in vibrational tests. This study set out to investigate the influence of using both rotational and translational components of mode shapes, in detecting damages in 3-D steel structures elements. Three different sets of measured components of mode shapes are examined: translational, rotational, and also rotational/translational components in all joints. In order to validate our assumptions two different steel frames with three damage scenarios are considered. An iterative model updating program is developed in the MATLAB software that uses the OpenSees as its finite element analysis engine. Extensive analysis shows that employing rotational components results in more precise prediction of damage location and its intensity. Since measuring rotational components of mode shapes still is not very convenient, modal dynamic expansion technique is applied to generate rotational components from measured translational ones. The findings indicated that the developed model updating program is really efficient in damage detection even with generated data and considering noise effects. Moreover, methods which use rotational components of mode shapes can predict damage's location and its intensity more precisely than the ones which only work with translational data.
This paper investigates the role of the masonry infills on the correlation between widely used earthquake Intensity Measures (IMs) and the damage state of 3D R/C buildings taking into account the orientation of the seismic input. For the purposes of the investigation an extensive parametric study is conducted using 60 R/C buildings with different heights, structural systems and masonry infills' distributions. The results reveal that the correlation between the IMs and the seismic damage can be strongly affected by the masonry infills' distribution, depending on the special characteristics of the structural system, the number of stories and the incident angle.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.3
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pp.175-184
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2018
In this paper, comparative analysis of the 9.12 Gyeongju and 11.15 Pohang earthquakes was conducted in order to provide probable explanations and reasons for the damage observed in the 11.15 Pohang earthquake from both earthquake and structural engineering perspectives. The damage potentials like Arias intensity, effective peak ground acceleration, etc observed in the 11.15 Pohang earthquake were generally weaker than those of the 9.12 Gyeongju earthquake. However, in contrast to the high-frequency dominant nature of the 9.12 Gyeongju earthquake records, the spectral power of PHA2 record observed in the soft soil site was highly concentrated around 2Hz. The base shear around 2 Hz frequency was as high as 40% building weight. This frequency band is very close to the fundamental frequency of the piloti-type buildings severely damaged in the northern part of Pohang. Unfortunately, in addition to inherent vertical irregularity, most of the damaged piloti-type buildings had plan irregularity as well and were non-seismic. All these contributed to the fatal damage. Inelastic dynamic analysis indicated that PHA2 record demands system ductility capacity of 3.5 for a structure with a fundamental period of 0.5 sec and yield base shear strength of 10% building weight. The system ductility level of 3.5 seems very difficult to be achievable in non-seismic brittle piloti-type buildings. The soil profile of the PHA2 site was inversely estimated based on deconvolution technique and trial-error procedure with utilizing available records measured at several rock sites during the 11.15 Pohang earthquake. The soil profile estimated was very typical of soil class D, implying significant soil amplification in the 11.15 Pohang earthquake. The 11.15 Pohang earthquake gave us the expensive lesson that near-collapse damage to irregular and brittle buildings is highly possible when soil is soft and epicenter is close, although the earthquake magnitude is just minor to moderate (M 5+).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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