Structures in a nuclear power system are designed to be elastic even under an earthquake excitation. However a structural component such as an isolator shows inelastic behavior inherently. For the seismic assessment of nonlinear structures, response history analysis should be performed. In this study, the response of base isolation system was analyzed by response history analysis for the seismic performance assessment. Firstly, several seismic assessment criteria for a nuclear power plant structure were reviewed for the nonlinear response history analysis. Based on these criteria, the spectrum matched ground motion generation method modifying a seed earthquake ground motion time history was adjusted. Using these spectrum matched accelerograms, the distribution of displacement responses of the simplified base isolation system was evaluated. The resulting seismic responses excited by the modified ground motion time histories and the synthesized time history generated by stochastic approach were compared. And the response analysis of the base isolation system considering the different intensities in each orthogonal direction was performed.
In order to verify the reliability of numerical site response analysis program, both soil free-field and base rock input motions should be provided. Beside the field earthquake motion records, the most effective testing method for obtaining the above motions is the dynamic geotechnical centrifuge test. However, need is to verify if the motion recorded at the base of the soil model container in the centrifuge facility is the true base rock input motion or not. In this paper, the appropriate input motion measurement method for the verification of seismic response analysis is examined by dynamic geotechnical centrifuge test and using three-dimensional finite difference analysis results. From the results, it appears that the ESB (equivalent shear beam) model container distorts downward the propagating wave with larger magnitude of centrifugal acceleration and base rock input motion. Thus, the distortion makes the measurement of the base rock outcrop motion difficult which is essential for extracting the base rock incident motion. However, the base rock outcrop motion generated by using deconvolution method is free from the distortion effect of centrifugal acceleration.
Seismic design practices and seismic response analyses of civil structures and nuclear power plants (NPPs) have conventionally used the peak ground acceleration (PGA) or spectral acceleration (Sa) as an intensity measure (IM) of an earthquake. However, there are many other earthquake IMs that were proposed by various researchers. The aim of this study is to investigate the correlation between seismic responses of NPP components and 23 earthquake IMs and identify the best IMs for correlating with damage of NPP structures. Particularly, low- and high-frequency ground motion records are separately accounted in correlation analyses. An advanced power reactor NPP in Korea, APR1400, is selected for numerical analyses where containment and auxiliary buildings are modeled using SAP2000. Floor displacements and accelerations are monitored for the non- and base-isolated NPP structures while shear deformations of the base isolator are additionally monitored for the base-isolated NPP. A series of Pearson's correlation coefficients are calculated to recognize the correlation between each of the 23 earthquake IMs and responses of NPP structures. The numerical results demonstrate that there is a significant difference in the correlation between earthquake IMs and seismic responses of non-isolated NPP structures considering low- and high-frequency ground motion groups. Meanwhile, a trivial discrepancy of the correlation is observed in the case of the base-isolated NPP subjected to the two groups of ground motions. Moreover, a selection of PGA or Sa for seismic response analyses of NPP structures in the high-frequency seismic regions may not be the best option. Additionally, a set of fragility curves are thereafter developed for the base-isolated NPP based on the shear deformation of lead rubber bearing (LRB) with respect to the strongly correlated IMs. The results reveal that the probability of damage to the structure is higher for low-frequency earthquakes compared with that of high-frequency ground motions.
Base-isolated nuclear power plant (BI-NPP) structures are founded on expanded basemat as a flexible floating nuclear island, are still lacking the recommendation of the consideration of incoherent motion effect. The effect of incoherent earthquake motion on the seismic response of BI-NPP structure has been investigated herein. The incoherency of the ground motions is applied by using an isotropic frequency-dependent spatial correlation function to perform the conditional simulation of the reference design spectrum compatible ground motion in time domain. Time history analysis of two structural models with 486 and 5 equivalent lead plug rubber bearing (LRB) base-isolators have been done under uniform excitation and multiple point excitation. two different cases have been considered: 1) Incoherent motion generated for soft soil and 2) Incoherent motion generated for hard rock soil. The results show that the incoherent motions reduce acceleration and the lateral displacement responses and the reduction is noticeable at soft soil site and higher frequencies.
This study presents the effects of the spatial variation of ground motions in a hard rock site on the seismic responses of a base-isolated nuclear power plant (BI-NPP). Three structural models were studied for the BI-NPP supported by different number of lead rubber bearing (LRB) base isolators with different base mat dimensions. The seismic responses of the BI-NPP were analyzed and investigated under the uniform and spatial varying excitation of El Centro ground motion. In addition, the rotational degrees of freedom (DOFs) of the base mat nodes were taken to consider the flexural behavior of the base mat on the seismic responses under both uniform and spatial varying excitation. Finally, the seismic response results for all the analysis cases of the BI-NPP were investigated in terms of the vibration periods and mode shapes, lateral displacements, and base shear forces. The analysis results indicate that: (1) considering the flexural behavior of the base mat has a negligible effect on the lateral displacements of base isolators regardless of the number of the isolators or the type of excitation used; (2) considering the spatial variation of ground motions has a substantial influence on the lateral displacements of base isolators and the NPP stick model; (3) the ground motion spatial variation effect is more prominent on lateral displacements than base shear forces, particularly with increasing numbers of base isolators and neglecting flexural behavior of the base mat.
한국지진공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2000
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pp.167-175
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2000
Seismic analyses of structures can`t be performed without considering the effect of soil-structure interaction and seismic responses of a structure taking into account the stiffnesses of a foundation-soil system show a significant difference from those with a rigid base. However, current seismic analyses of apartment building structures were carried out assuming a rigid base and ignoring the characteristics of a foundation and the properties of the underlying soil. In this study, seismic analyses of apartment buildings of a particular wall-slab structural type were carried out comparing seismic response spectra of a flexible base with those of a rigid base and UBC-97. Wall-slab type low-rise or mid-height apartment buildings built on the deep soil layer showed a rigid body motion with the reduced seismic responses due to the base isolation effect, indicating that it is too safe but uneconomical to utilize the design spectra of UBC-97 for the seismic analysis of a wall-slab type apartment buildings due to the too conservative design.
Derbal, Rachid;Benmansour, Nassima;Djafour, Mustapha;Matallah, Mohammed;Ivorra, Salvador
Earthquakes and Structures
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제17권6호
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pp.557-566
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2019
The evaluation of the seismic hazard for a given site is to estimate the seismic ground motion at the surface. This is the result of the combination of the action of the seismic source, which generates seismic waves, the propagation of these waves between the source and the site, and site local conditions. The aim of this work is to evaluate the sensitivity of dynamic response of extended structures to spatial variable ground motions (SVGM). All factors of spatial variability of ground motion are considered, especially local site effect. In this paper, a method is presented to simulate spatially varying earthquake ground motions. The scheme for generating spatially varying ground motions is established for spatial locations on the ground surface with varying site conditions. In this proposed method, two steps are necessary. Firstly, the base rock motions are assumed to have the same intensity and are modelled with a filtered Tajimi-Kanai power spectral density function. An empirical coherency loss model is used to define spatial variable seismic ground motions at the base rock. In the second step, power spectral density function of ground motion on surface is derived by considering site amplification effect based on the one dimensional seismic wave propagation theory. Several dynamics analysis of a curved viaduct to various cases of spatially varying seismic ground motions are performed. For comparison, responses to uniform ground motion, to spatial ground motions without considering local site effect, to spatial ground motions with considering coherency loss, phase delay and local site effects are also calculated. The results showed that the generated seismic signals are strongly conditioned by the local site effect. In the same sense, the dynamic response of the viaduct is very sensitive of the variation of local geological conditions of the site. The effect of neglecting local site effect in dynamic analysis gives rise to a significant underestimation of the seismic demand of the structure.
This paper presents an analytical evaluation of the effect of motion on seismic responses of base isolated low-level building and experimental studies to evaluate isolation performances of a rubber bearing. Dynamic responses induced by earthquake were evaluated by response analyses, taking the rubber bearing of the base isolation devices into account. In the experiment, vibration tests were carried out using a model for rubber bearings as isolation devices against earthquake in order to investigate the isolation performances of the rubber bearings. Several kinds of rubber bearing for base isolated low-level building against earthquake are examined. As a result, it is shown that the effect of the motion on the response of the building and the base response is well controlled from a seismic design standpoint.
한국지진공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.178-185
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1999
Minimum life-cycle cost helps to evaluate cost effectiveness of base-isolated bridges under specific condition. Life-cycle cost mainly consists of the initial construction cost and the expected damage cost. Damage cost estimation needs proper model of input ground motion failure probability evaluation method and limit states definition. We model the input ground motion as spectral density function compatible with the response spectra defined at each seismicity and site condition. Spectrum analysis and crossing theory is suitable for reseating calculation of failure probabilities in the process of cost minimization. Limit states of base-isolated bridges re defined for superstructure isolator and pier respectively The method is applied to both base-isolated bridges and conventional bridges under the same conditions to investigate cost effectiveness of base isolation in low and moderate seismic region. the results show that base-isolation of bridges are more effective in low and moderate seismic region and that the site effects on the economical efficiency may not be negligible in such a region.
Nowadays, base isolation systems such as lead-rubber bearing, elastomer bearing and sliding bearing have been installed to the various structures to prevent the disaster from seismic. The performance of base isolation system have been well proved by model-scale experiments and numerical analysis. However. the seismic response data measured at real large base-isolated structures is still insufficient. This paper presents a seismic monitoring system, acquiring real-time acceleration signals up to 32 channels, displaying time history and spectrum of the signals, storing the acquired data at a PC hard disk, and replaying the saved data. Moreover, the system can be operated without any limitation for monitoring period by automatic management of stored data file. The developed system has been installed at a real base-isolated building using lead-rubber bearings and we expect its seismic response data with ground motion signal can be well licquired in case of earthquake occurrence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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