Structures subjected to strong seismic excitation may undergo inelastic deformation cycles. The resulting cumulative fatigue damage process reduces the ability of structures and components to withstand seismic loads. Yet, the present earthquake resistance design methods focus mainly on the maximum displacement ductility, ignoring the effect of the cyclic responses. The damage parameters closely related to the cumulative damage need to be properly reflected on the aseismic design methods. In this study, two cumulative damage assessment methods derived from the plastic fatigue theory are investigated. The one is based on the hysteretic ductility amplitude, and the other is based on the dissipated hysteretic energy. Both methods can consider the maximum ductility and the cyclic behavior of structural response. The validity of two damage methods has been examined for single degree of freedom structures with various natural frequencies against two different earthquake excitations.
In this paper, dynamic response of the horizontal nanofiber reinforced polymer (NFRP) strengthened concrete beam subjected to seismic ground excitation is investigated. The concrete beam is modeled using hyperbolic shear deformation beam theory (HSDBT) and the mathematical formulation is applied to determine the governing equations of the structure. Distribution type and agglomeration effects of carbon nanofibers are considered by Mori-Tanaka model. Using the nonlinear strain-displacement relations, stress-strain relations and Hamilton's principle (virtual work method), the governing equations are derived. To obtain the dynamic response of the structure, harmonic differential quadrature method (HDQM) along with Newmark method is applied. The aim of this study is to investigate the effect of NFRP layer, geometrical parameters of beam, volume fraction and agglomeration of nanofibers and boundary conditions on the dynamic response of the structure. The results indicated that applied NFRP layer decreases the maximum dynamic displacement of the structure up to 91 percent. In addition, using nanofibers as reinforcement leads a 35 percent reduction in the maximum dynamic displacement of the structure.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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제23권4호
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pp.51-58
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2023
In this study, the displacement dependence, strength, and energy dissipation capacity of the steel rod damper were evaluated. The test variables are the number of steel rod dampers and the lateral deformation prevention details. From test results, it was evaluated that the displacement dependence conditions in the structural design code were satisfied. The maximum strength and energy dissipation capacity increased linearly as the number of steel rod increased. In addition, the maximum strength and energy dissipation capacity were evaluated by more than 20 times increased by using of the lateral deformation prevention details.
To analyze lateral displacement of excavation walls exposed during the construction of Subway Line 1 in the Daegu region, inclinometer measurement data for sites D4, D5, and Y6 are investigated from the perspective of engineering geology. The study area, in the Banyawol Formation, Hayang Group, Gyeongsang Supergroup, is in the lower part of bedrock of andesitic volcanics, calcareous shale, sandstone, hornfels, and felsite dykes that are unconformably overlain by soil. The rock mass around the D4 site is classified as RMR-V grade and the maximum lateral displacement of 101.39 mm, toward N34W, was measured at a bedding-parallel fault, at a depth of 12 m. The rock mass around the D5 site is classified as RMR-IV grade and the maximum lateral displacement of 55.17 mm, toward the south, was measured at a lithologic contact between shale and felsite, at a depth of 14 m. The rock mass around the Y6 site is classified as RMR-III grade and the maximum lateral displacement of 12.65 mm, toward S52W, was measured at an unconformity between the soil and underlying bedrocks, at a depth of 7 m. The directions of lateral displacement in the excavation walls are vector sums of the directions perpendicular to the excavation wall and horizontally parallel to the excavation wall. Lateral displacement graphs according to depth in the soil profile show curvilinear trajectories, whereas those in bedrock show straight and rapid-displacement trajectories.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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한국지반공학회 1991년도 추계학술발표회 논문집 지반공학에서의 컴퓨터 활용 COMPUTER UTILIZATION IN GEOTECHNICAL ENGINEERING
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pp.123-132
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1991
The GEOKST program was used to solve the tunnel example problem. The package can solve such geotechnical problem as excavation, embankment, foundations, etc., in which the soil can be modeled by various elastoplastic geomaterial models. The main objective was to consider the effects of excavation depth to the face of the tunnel on the stability of the ground and support system. Depended on the strength of the ground materials, the limit excavation depth without any support system could be established by analyzing three-dimensional excavation problem. In this given example problem, the strengths of the ground materials were enough for the stability of the tunnel without any support system up to fairly deep excavation and the maximum tunnel section displacement was stabilized as the excavation proceed. The asymptotic value was approximately the same as that of the plane strain analysis. Thus, assuming the plain strain condition and simulation the actual excavation procedure, the maximum tunnel section displacement was caculated after final step. The maximum calculated displacement occured at the top section of the tunnel geometry and was about 8mm.
The construction of a new cavern modifies the state of stresses and displacements in a zone around the existing cavern. For multiple caverns, the size of this influence zone depends on the ground type, the in situ stress, the cavern span and shape, the width of the pillar separating the caverns, and the excavation sequence. Performances of underground twin caverns can be unsatisfactory as a result of either instability (collapse) or excessive displacements. These two distinct failures should be prevented in design. This study simulated the ultimate and serviceability performances of underground twin rock caverns of various sizes and shapes. The global factor of safety is used as the criterion for determining the ultimate limit state and the calculated maximum displacement around the cavern opening is adopted as the serviceability limit state criterion. Based on the results of a series of numerical simulations, simple regression models were developed for estimating the global factor of safety and the maximum displacement, respectively. It was proposed that a proper pillar width can be determined based on the threshold influence factor value. In addition, design charts with regard to the selection of the pillar width for underground twin rock caverns under similar ground conditions were also developed.
The magnitude and distribution of tunnel deformation were widely discussed topics in tunnel engineering. In this paper, a three-dimensional (3D) finite element program was used for the analysis of various horseshoe-shaped opening expressway tunnels under different geologies. Two rock material models - Mohr-Coulomb and Hoek-Brown were executed in the process of analyses; and the results show that the magnitude and distribution of tunnel deformation were close by these two models. The tunnel deformation behaviors were relevant to many factors such as cross-sections and geological conditions; but the geology was the major factor to the normalized longitudinal deformation profile (LDP). If the time-dependent factors were neglected, the maximum displacements were located at the distance of 3 to 4 tunnel diameters behind the excavation face. The ratios of displacement at the excavation face to the maximum displacement were around 1/3 to 1/2. In general, the weaker the rock mass, the larger the ratio. The displacements in front of the excavation face were decreased with the increasement of distance. At the distance of 1.0 to 1.5 tunnel diameter, the displacements were reduced to one-tenth of the maximum displacement.
This study identifies efficient earthquake intensity measures (IMs) for seismic performances and fragility evaluations of the reactor containment building (RCB) in the advanced power reactor 1400 (APR1400) nuclear power plant (NPP). The computational model of RCB is constructed using the beam-truss model (BTM) for nonlinear analyses. A total of 90 ground motion records and 20 different IMs are employed for numerical analyses. A series of nonlinear time-history analyses are performed to monitor maximum floor displacements and accelerations of RCB. Then, probabilistic seismic demand models of RCB are developed for each IM. Statistical parameters including coefficient of determination (R2), dispersion (i.e. standard deviation), practicality, and proficiency are calculated to recognize strongly correlated IMs with the seismic performance of the NPP structure. The numerical results show that the optimal IMs are spectral acceleration, spectral velocity, spectral displacement at the fundamental period, acceleration spectrum intensity, effective peak acceleration, peak ground acceleration, A95, and sustained maximum acceleration. Moreover, weakly related IMs to the seismic performance of RCB are peak ground displacement, root-mean-square of displacement, specific energy density, root-mean-square of velocity, peak ground velocity, Housner intensity, velocity spectrum intensity, and sustained maximum velocity. Finally, a set of fragility curves of RCB are developed for optimal IMs.
Teng Y. Xue;Hong B. Liu;Ting Zhou;Xin C. Chen;Xiang Zhang;Zhi P. Zou
Wind and Structures
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제37권3호
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pp.245-254
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2023
In this paper, the wind-induced response of Jiayuguan wooden building (world cultural heritage) in Northwest China was studied. ANSYS finite element software was used to establish four kinds of building models under different working conditions and carry out modal analysis. The simulation results were compared with the field dynamic test results, obtaining the model which reflects the real vibration characteristics of the wooden tower. Time history data of fluctuating wind speed was obtained by MATLAB programming. Time domain method and ANSYS were used to analyze the wind-induced vibration response time history of Jiayuguan wooden building, obtaining the displacement time history curve of the structure. It was suggested that the wind-induced vibration coefficient of Jiayuguan wooden building is 1.76. Through analysis of the performance of the building under equivalent static wind load, the maximum displacement occurs in the three-story wall, gold column and the whole roof area, and the maximum displacement of the building is 5.39 cm. The ratio of the maximum stress value to the allowable value of wood tensile strength is 45 %. The research results can provide reference for the wind resistant design and protection of ancient buildings with similar structure to Jiayuguan wooden tower.
In this study, the centrifuge tests and numerical analyses were performed to investigate the lateral flow behavior and stability of abutment when high filling was applied on the soft ground improved by SCP. The centrifuge model tests and numerical analyses were fulfilled in the case of the back of abutment filled by EPS (case 1) and soil (case 2), and the potentiometer was installed on the abutment and fill to measure the vertical and horizontal displacement at the top of abutment. As a result of the centrifugal tests, the horizontal displacement of abutment in the case 1 was 1.4cm that is almost coincide with the results of numerical and satisfy the allowable standard. On the other hand, the horizontal displacement of abutment in the case 2 was 12 cm that is 18% greater than that of numerical analysis and exceed the allowable standard. As a result of analysis, the maximum horizontal displacement of pile was 1.26 cm in case 1 that satisfies the criterion of allowable horizontal displacement (1.5 cm). In contrast, the maximum horizontal displacement of pile was 1.005 m in case 2 that greatly exceeds the allowable horizontal displacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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