• Ocean Systems Engineering
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• 제9권3호
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• pp.241-259
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• 2019

This paper presents a fully three-dimensional numerical approach for analyzing deepwater drilling riser-conductor system vortex-induced vibrations (VIV) including nonlinear soil-structure interactions (SSI). The drilling riser-conductor system is modeled as a tensioned beam with linearly distributed tension and is solved by a fully implicit discretization scheme. The fluid field around the riser-conductor system is obtained by Finite-Analytic Navier-Stokes (FANS) code, which numerically solves the unsteady Navier-Stokes equations. The SSI is considered by modeling the lateral soil resistance force according to nonlinear p-y curves. Overset grid method is adopted to mesh the fluid domain. A partitioned fluid-structure interaction (FSI) method is achieved by communication between the fluid solver and riser motion solver. A riser-conductor system VIV simulation without SSI is firstly presented and served as a benchmark case for the subsequent simulations. Two SSI models based on a nonlinear p-y curve are then applied to the VIV simulations. Also, the effects of two key soil properties on the VIV simulations of riser-conductor systems are studied.

• Earthquakes and Structures
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• 제25권2호
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• pp.99-112
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• 2023

This paper investigates the influences of Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic behavior of two-dimensional reinforced concrete moment-resisting frames subjected to Far-Field Ground Motion (FFGM) and Near-Field Ground Motion (NFGM). For this purpose, the nonlinear modeling of 7, 10, and 15-story reinforced concrete moment resisting frames were developed in Open Systems for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) software. Effects of SSI were studied by simulating Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) and the soil type as homogenous medium-dense. Generally, the building resistance to seismic loads can be explained in terms of Incremental Dynamic Analysis (IDA); therefore, IDA curves are presented in this study. For comparison, the fragility evaluation is subjected to NFGM and FFGM as proposed by Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695). The seismic performance of Reinforced Concrete (RC) buildings with fixed and flexible foundations was evaluated to assess the probability of collapse. The results of this paper demonstrate that SSI and NFGM have significantly influenced the probability of failure of the RC frames. In particular, the flexible-base RC buildings experience higher Spectral acceleration (Sa) compared to the fixed-base ones subjected to FFGM and NFGM.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 1998년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring 1998
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• pp.335-342
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• 1998

A soil-structure interaction (SSI) experiment is being conducted in a seismically active region in Hualien, Taiwan. To obtain earthquake data for quantifying SSI effects and providing a basis to benchmark analysis methods, a 1/4-th scale cylindrical concrete containment model similar in shape to that of a nuclear power plant containment was constructed in the field where both the containment model and its surrounding soil, surface and sub-surface, are extensively instrumented to record earthquake data. In between September 1993 and May 1996, fifteen earthquakes with Richter magnitudes ranging from 4.2 to 6.2 were recorded. The recorded data were analyzed to provide information on the response characteristics of the Hualien soil-structure system, the SSI effects and the ground motion characteristics. The ground response data were analyzed for their variations with depth, with distance from the model structure, and at the same depths along downhole arrays. Variations of soil stiffness and soil-structure system frequencies were also evaluated against maximum ground motion. In addition, the site soil properties were derived based on correlation analysis of the recorded data and then correlated with those from the geotechnical investigation data.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권6호
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• pp.583-595
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• 2019

In this paper, a comprehensive investigation of the dynamic response of a long-bridge subjected to spatially varying earthquake ground motions (SVEGM) is performed based on a proposed analytical model which includes the effect of soil-structure interaction (SSI). The spatial variability of ground motions is simulated by the powerful record generator, SIMQKE II. Modeling of the SSI in the system is simplified by replacing the pile foundations and soil with sets of independent equivalent linear springs and dashpots along the pile groups. One of the most fundamental objectives of this study is to examine how well the proposed model simulates the dynamic response of a bridge system. For this purpose, the baseline data required for the evaluation process is derived from analyzing a 3D numerical model of the bridge system which is validated in this paper. To emphasize the importance of the SVEGM and SSI, bridge responses are also determined for the uniform ground motion and fixed base cases. This study proposing a compatible analytical model concerns the relative importance of the SSI and SVEGM and shows that these effects cannot be neglected in the seismic analysis of long-bridges.

• 과학교육연구지
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• 제47권1호
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• pp.11-23
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• 2023

이 연구에서는 과학기술 관련 사회쟁점(SSI) 기반 과학 수업이 중학교 3학년 과학 학습부진 학생들에게 미치는 효과를 조사하였다. 연구를 위해 과학 교육과정과 연계된 2개의 SSI를 중심으로 총 7차시의 수업을 개발하여 실시하고, 그 효과를 진단하였다. 연구 자료는 광역시의 한 중학교 3학년 학생 185명을 대상으로 수집하였다. 그중 37명을 과학 학습부진 학생으로 판별하여 연구의 초점으로 하였다. 양적 자료는 과학성취, 태도 및 역량 측정에 대한 사전 및 사후 검사로 수집하였다. 정량적 데이터를 보완하기 위해 교사의 수업 관찰지, 일부 학생과의 면담을 통해 정성적 자료를 수집하였다. 정량적 자료 분석은 윌콕슨 부호순위 검정과 대응 표본 t 검정으로 진행하였다. 분석 결과 SSI 기반 수업이 과학 성취도에서는 학습부진 학생집단에 유의한 효과를 보이는 것으로 드러났지만 태도와 역량의 변화에는 유의한 영향이 없는 것으로 나타났다. 수업 관찰 자료는 학습부진 학생들이 SSI 기반 수업에 더 적극적으로 참여하는 모습을 보여줬으며, 학생의 면담에서 과학 학습부진 학생의 성취에 긍정적 영향을 미치는 수업의 성격을 밝힐 수 있었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 추가 연구 주제를 제안하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권5호
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• pp.527-538
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• 2018

The study on the performance of the nonlinear friction tuned mass dampers (FTMD) for the mitigation of the seismic responses of the structures is a topic that still inspires the efforts of researchers. The present paper aims to carry out a numerical study on the optimum tuning of TMD and FTMD parameters using a multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm including soil-structure interaction (SSI) effects for seismic applications. Considering a 3-story structure, the performances of the optimized TMD and FTMD are compared with the uncontrolled structure for three types of soils and the fixed base state. The simulation results indicate that, unlike TMDs, optimum tuning of FTMD parameters for a large preselected mass ratio may not provide a best and optimum design. For low mass ratios, optimal selection of friction coefficient has an important key to enhance the performance of FTMDs. Consequently, a free parameter search of all FTMD parameters provides a better performance in comparison with considering a preselected mass ratio for FTMD in the optimum design stage of the FTMD. Furthermore, the SSI significant effects on the optimum design of the TMD and FTMD. The simulation results also show that the FTMD provides a better performance in reducing the maximum top floor displacement and acceleration of the building in different soil types. Moreover, the performance of the TMD and FTMD decrease with increasing soil softness, so that ignoring the SSI effects in the design process may give an incorrect and unrealistic estimation of their performance.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제43권5호
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• pp.637-655
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• 2012

In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.

• Earthquakes and Structures
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• 제12권4호
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• pp.469-478
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• 2017

This paper summarizes estimated seismic response results from three-dimensional nonlinear inelastic time-history analyses of some steel buckling-restrained braced (BRB) structures taking into account soil-structure interaction (SSI). The response results involve mean values for peak interstorey drift ratios, peak interstorey residual drift ratios and peak floor accelerations. Moreover, mean seismic demands in terms of axial force and rotation in columns, of axial and shear forces and bending moment in BRB beams and of axial displacement in BRBs are also discussed. For comparison purposes, three separate configurations of the BRBs have been considered and the aforementioned seismic response and demands results have been obtained firstly by considering SSI effects and then by neglecting them. It is concluded that SSI, when considered, may lead to larger interstorey and residual interstorey drifts than when not. These drifts did not cause failure of columns and of the BRBs. However, the BRB beam may fail due to flexure.

• 한국과학교육학회지
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• 제37권6호
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• pp.911-920
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• 2017

본 연구는 미세먼지 이슈를 중심으로 학교와 지역사회를 연계하는 과학교육 프로그램(SSI-COMM)을 개발하고 중학교 자유학기제에 적용하여 학생들의 지역사회 속 미세먼지 이슈에 대한 이해도와 인성적 태도 및 가치관에 미치는 교육적 효과를 탐색하였다. 서울시 자유학기제에 참여하는 4개 학교에서 총 151명의 학생들이 8회(16차시)에 걸쳐 프로그램에 참여하였다. 미세먼지 프로그램의 교육적 효과와 학생들의 참여 경험을 탐색하기 위해, 과학이슈에 대한 이해도 및 인성과 가치관을 측정하는 검사를 실시하였으며, 참여 학생 일부와의 개별 면담을 실시하였다. 연구 결과, 본 프로그램은 학생들이 미세먼지와 관련된 지식을 습득하는 데에 통계적으로 유의미한 효과가 있었다. 시민으로서의 인성과 가치관에 있어서는 생태학적 세계관 영역을 제외하고 사회 도덕적 공감, 과학관련 사회쟁점에 대한 책무성 영역에서 통계적으로 유의미한 향상이 있었다. 면담결과, 학생들은 본 프로그램을 통해 미세먼지가 자신이 속한 지역에 어떠한 문제를 야기하는지, 이를 해결하기 위해서는 어떤 노력을 해야 하는지 등에 대해 이해하게 되었고, 미세먼지의 발생에 개인의 책임감을 느끼고 미세먼지로 인해 피해를 입은 지역의 취약계층을 위한 지역사회활동의 참여와 실천의 필요성을 느끼게 되었음을 알 수 있었다.

• 한국과학교육학회지
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• 제38권2호
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• pp.259-271
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• 2018

본 연구는 예비 생물교사를 대상으로 사회정서학습에 기반한 SSI 논증 프로그램의 적용 효과를 살펴보았다. 사회정서학습에 기반한 SSI 논증 프로그램을 통해 예비교사들은 SSI에 대한 감정이나 느낌, 생각을 자유롭게 나누고, SSI 관련 과학 개념, 사실, 원리 등을 조사하도록 하여 문제를 확인할 기회를 가졌다. 이 과정에서 예비교사들이 자기의 감정을 확인하고 타인의 의견을 듣고 공감할 수 있도록 하여 자기인식과 사회인식의 기회를 경험할 수 있도록 하였다. 이를 바탕으로 각자 자신의 주장, 이유와 근거를 활용하여 논증 토론 과정에 참여하도록 하여 의사소통, 타협 및 갈등을 경험함으로써 자기관리 및 관계관리의 기회를 경험하였다. 마지막으로 논증 토론 과정 및 결과를 바탕으로 자신의 문제 해결 방안 및 주장에 대한 이유와 근거를 재정립하고, 최선의 해결방안을 선택하도록 하여 책임 있는 의사결정을 할 수 있도록 하였다. 예비교사들은 낙태, 안락사, 유전자 조작 및 인공지능의 4가지 SSI를 경험하였다. 각 주제 당 3차시, 총 12차시에 걸쳐 수업이 이루어졌으며, 3-5명이 조를 이루어 논증 토론 활동에 참여하였다. 논증 구조 분석 결과에 따르면, Level 2에서는 상대방의 주장에 대한 비판이나 반박의 요소는 결여되어 있고 주로 누적담화의 형태로 상대방의 의견이나 주장에 대한 정보 보충이 이루어졌다. Level 3에서는 반박이 나타나기는 하지만 반박의 요소가 자신의 주장에 대한 이유나 근거를 제시하는 형태로 내재해 있었다. 즉, Level 2와 Level 3에서는 상대방에 대한 공감과 이해의 사회정서적 요소가 주로 나타났다. Level 4에서는 상대방의 의견이나 주장에 대한 질문, 비유 등을 통해 직접적인 반박이 나타났으며, 타협점을 제시하는 모습을 나타내 갈등관리와 협상이 이루어졌음을 알 수 있었다. Level 5에서는 논쟁 담화의 형태로 명확한 반박으로 구성된 확장된 논증이 나타냈으며, 상호 간의 질문과 답변으로 이루어진 논증 토론의 형태로 서로 간에 영향을 주는 공동체를 형성하게 되었음을 의미한다. 본 연구는 SSI 논증 토론에 자기인식, 사회인식, 자기관리, 관계관리, 책임 있는 의사결정 요소가 내재할 수 있도록 하였으며, 예비교사들은 자신과 타인의 감정을 인식하고, 주장하기와 반박하기를 통해 갈등, 타협의 과정을 경험하면서 자신의 요구와 사회의 요구를 반영한 의사결정 과정에 점차 적극적으로 참여할 수 있었다.