Ductile fracture is one of the most common failure modes of steel beam-to-column connections in moment resisting frames. Most proposed evaluation methods of the plastic deformation capacity of a beam until ductile fracture are based on steel beam tests, where the material's yield strength/ratio, the beam's moment gradient, and loading history are the most important parameters. It is impossible and unpractical to cover all these parameters in real tests. Therefore, a new attempt to evaluate a beam's plastic deformation capacity through analysis is introduced in this paper. Another important issue is about the loading histories. Recent years, the effect on the structural component under long-duration ground motion has drawn great attentions. Steel beams tends to experience a large number of loading cycles with small amplitudes during long-duration earthquakes. However, current research often focuses on the beam's behavior under standard incremental loading protocols recommended by respective countries. In this paper, the plastic deformation capacity of steel beams subjected to long duration ground motions was evaluated through analytical methodology.
Earthquake resistant design is evolutionary, and, although great progress has been made since seismic design was made mandatory by building codes, it is still not completely understood. In this paper, a 10 story steel building is analyzed and its results are compared by applying two different actual ground motions to the structure. 12 sets of Loma Prieta, California, earthquake data which occurred in 1989, and recorded 7.1 on the Richter scale and 9 sets of Valparaiso, Chile, earthquake data which occurred in 1985, and recorded 7.8 on the Richter scale were scaled to zone 2B level of UBC-88. By applying earthquake ground motions which had similar Richter scale magnitude, it was found that the Chile earthquake which had long duration of ground motion affected about twice bigger than that of California earthquake which had relatively short duration of ground motion. In addition to the peak ground motion, the duration of the ground motion is a very important factor in structural design.
Roh, Ji Eun;Lee, Sang Hyun;Seo, Jun Won;Kim, Dong Kwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.7_spc
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pp.495-502
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2016
In this paper, time and frequency domain characteristics of Gyeong-ju earthquakes were investigated, and nonlinear time history analyses were conducted for bi-linear hysteretic structures excited by short-duration ground accelerations. Previous studies showed that larger inelastic displacements than the peak displacement of the corresponding elastic system were observed especially for the structures with structural period shorter than 0.3s, and the similar results could be obtained when long-duration ground accelerations were used as excitation loads. For the short-duration earthquakes, however, the inelastic displacements were not so large and almost identical to the peak elastic displacements.
This paper summarizes results of a comprehensive analytical study aimed at evaluating the influence of strong ground motion duration on residual displacement demands of single-degree-of-freedom (SDOF) and multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. For that purpose, two sets of 20 earthquake ground motions representative of short-duration and long-duration records were considered in this investigation. While the influence of strong ground motion duration was evaluated through constant-strength residual displacement ratios, $C_r$, computed from the nonlinear response of elastoplastic SDOF systems, its effect on the amplitude and height-wise distribution of residual drift demands in MDOF systems was studied from the response of three one-bay two-dimensional generic frame models. In this investigation, an inelastic ground motion intensity measure was employed to scale each record, which allowed reducing the record-to-record variability in the estimation of residual drift demands. From the results obtained in this study, it was found that long strong-motion duration records might trigger larger median $C_r$ ratios for SDOF systems having short-to-medium period of vibration than short strong-motion duration records. However, taking into account the large record-to-record variability of $C_r$, it was found that strong motion duration might not be statistically significant for most of the combinations of period of vibration and levels of lateral strength considered in this study. In addition, strong motion duration does not have a significant influence on the amplitude of peak residual drift demands in MDOF systems, but records having long strong-motion duration tend to increase residual drift demands in the upper stories of long-period generic frames.
A frequency-domain method is developed for evaluating the earthquake input energy to two building structures connected by viscous dampers. It is shown that the earthquake input energies to respective building structures and viscous connecting dampers can be defined as works done by the boundary forces between the subsystems on their corresponding displacements. It is demonstrated that the proposed energy transfer function is very useful for clear understanding of dependence of energy consumption ratios in respective buildings and connecting viscous dampers on their properties. It can be shown that the area of the energy transfer function for the total system is constant regardless of natural period and damping ratio because the constant Fourier amplitude of the input acceleration, relating directly the area of the energy transfer function to the input energy, indicates the Dirac delta function and only an initial velocity (kinetic energy) is given in this case. Owing to the constant area property of the energy transfer functions, the total input energy to the overall system including both buildings and connecting viscous dampers is approximately constant regardless of the quantity of connecting viscous dampers. This property leads to an advantageous feature that, if the energy consumption in the connecting viscous dampers increases, the input energies to the buildings can be reduced drastically. For the worst case analysis, critical excitation problems with respect to the impulse interval for double impulse (simplification of pulse-type impulsive ground motion) and multiple impulses (simplification of long-duration ground motion) are considered and their solutions are provided.
Park, Ji-Hun;Min, Kyung-Won;Moon, Byoung-Wook;Park, Eun-Churn
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.503-510
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2006
Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, differs with respect to the dynamic characteristics of an earthquake such as magnitude, frequency and duration. In this study, the effects of excitation characteristics on the equivalent linear system of a building structure with an MR damper are investigated through numerical analysis for artificial ground motions generated from different response spectrums. The equivalent damping ratio of the structure with an MR damper is calculated using Newmark and Hall's equations for ground motion amplification factors. It is found that the equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is dependent on the ratio of the maximum friction force of the MR damper over excitation magnitude. Frequency contents of the earthquake ground motion affects the equivalent damping ratio of long-period structures considerably. Also, additional damping effect caused by interaction between the viscousity and friction of the MR damper is observed.
Kang, Thomas H.K.;Jeong, Seung Yong;Kim, Sanghee;Hong, Seongwon;Choi, Byong Jeon
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.7_spc
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pp.443-451
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2016
A Gyeongju earthquake in the magnitude of 5.8 on the Richter scale (the moment magnitude of 5.4), which was recorded as the strongest earthquake in Korea, occurred in September 12, 2016. Compared with the 2011 Virginia earthquake, the moment magnitude was slightly smaller and its duration was 3 seconds, much shorter than 10 seconds of the Virginia earthquake, resulting in relatively minor damage. But the two earthquakes are quite similar in terms of the overall scale, unexpectedness, and social situation. The North Anna Nuclear Power Plant, which is a nuclear power plant located at 18 km away from the epicenter of the Virginia earthquake, had no damage to nuclear reactors because the reactors were automatically shut down as the design basis earthquake value was exceeded. Ground accelerations of the 2016 Gyeongju earthquake did not exceed the threshold value but the manual shutdown was carried out so that Wolsong Nuclear Power Site was not damaged. Damaged historic homestead house and masonry structures due to the Virginia earthquake have been repaired, reinforced, and rebuilt based on a long-term earthquake recovery project. Likewise, it will be necessary to carefully carry out an earthquake recovery planning program to improve overall seismic performance and to reconstruct the historic buildings and structures damaged as a result of the Gyeongju earthquake.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.3
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pp.149-157
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2019
The purpose of this study is to investigate the effects of the significant duration of ground motions on responses of base-isolated nuclear power plants (NPPs). Two sets of ground motion records with short duration (SD) and long duration (LD) motions, scaled to match the target response spectrum, are used to perform time-history analyses. The reactor containment building in the Advanced Power Reactor 1400 (APR1400) NPP is numerically modeled using lumped-mass stick elements in SAP2000. Seismic responses of the base-isolated NPP are monitored in forms of lateral displacements, shear forces, floor response spectra of the containment building, and hysteretic energy of the lead rubber bearing (LRB). Fragility curves for different limit states, which are defined based on the shear deformation of the base isolator, are developed. The numerical results reveal that the average seismic responses of base-isolated NPP under SD and LD motion sets were shown to be mostly identical. For PGA larger than 0.4g, the mean deformation of LRB for LD motions was bigger than that for SD ones due to a higher hysteretic energy of LRB produced in LD shakings. Under LD motions, median parameters of fragility functions for three limit states were reduced by 12% to 15% compared to that due to SD motions. This clearly indicates that it is important to select ground motions with both SD and LD proportionally in the seismic evaluation of NPP structures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.459-464
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2007
Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, differs with respect to the dynamic characteristics of an earthquake such as magnitude, frequency and duration. In this study, the effects of excitation characteristics on the equivalent linear system of a building structure with the MR damper are investigated through numerical analysis for artificial ground motions generated from different response spectrums. The equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is calculated using Newmark and Hall's equations for ground motion amplification factors. It is found that the equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is dependent on the ratio of the maximum friction force of the MR damper over excitation magnitude. Frequency contents of the earthquake ground motion affects the equivalent damping ratio of long-period structures considerably. Also, additional damping effect caused by interaction between the viscousity and friction of the MR damper is observed. Finally, response reduction factors for equivalent linear systems are proposed in order to improve accuracy in the prediction of the actual nonlinear response.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.879-885
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2006
Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, differs with respect to the dynamic characteristics of an earthquake such as magnitude, frequency and duration. In this study, the effects of excitation characteristics on the equivalent linear system of a building structure with the MR damper are investigated through numerical analysis for artificial ground motions generated from different response spectrums. The equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is calculated using Newmark and Hall's equations for ground motion amplification factors. It is found that the equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is dependent on the ratio of the maximum friction force of the MR damper over excitation magnitude. frequency contents of the earthquake ground motion affects the equivalent damping ratio of long-period structures considerably. Also, additional damping effect caused by interaction between the viscousity and friction of the MR damper is observed. Finally, response reduction factors for equivalent linear systems are proposed in order to improve accuracy in the prediction of the actual nonlinear response.
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