Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.3
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pp.67-80
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2009
The basic concept of seismic design is to attain the ductility required in a design earthquake. This ductility can be obtained by providing sufficient lateral confinements to the plastic hinge regions of columns. The most cost-effective design might be derived by determining the proper amount of lateral confinement using a stress-strain relationship for confined concrete. Korean bridge design code requires the same amount of lateral confinement regardless of target ductility, but Japanese design code provides the stress-strain relationship of the confined concrete to determine the amount of lateral confinement accordingly. While design based on material characteristics tends to make the design process more involved, it makes it possible to achieve cost-effectiveness, which is also compatible with the concept of performance-based design. In this study, specimens with different numbers of lateral confinements have been tested to investigate the characteristics of the stress-strain relationship. Test results were evaluated, using several empirical equations to quantify the effects.
In seismic fragility and risk analysis, the definition of structural limit state (LS) capacities is of crucial importance. Traditionally, LS capacities are defined according to design code provisions or using deterministic pushover analysis without considering the inherent randomness of structural parameters. To assess the effects of structural randomness on LS capacities, ten structural parameters that include material strengths and gravity loads are considered as random variables, and a probabilistic pushover method based on a correlation-controlled Latin hypercube sampling technique is used to estimate the uncertainties in LS capacities for four typical reinforced concrete frame buildings. A series of ten LSs are identified from the pushover curves based on the design-code-given thresholds and the available damage-controlled criteria. The obtained LS capacities are further represented by a lognormal model with the median $m_C$ and the dispersion ${\beta}_C$. The results show that structural uncertainties have limited influence on $m_C$ for the LSs other than that near collapse. The commonly used assumption of ${\beta}_C$ between 0.25 and 0.30 overestimates the uncertainties in LS capacities for each individual building, but they are suitable for a building group with moderate damages. A low uncertainty as ${\beta}_C=0.1{\sim}0.15$ is adequate for the LSs associated with slight damages of structures, while a large uncertainty as ${\beta}_C=0.40{\sim}0.45$ is suggested for the LSs near collapse.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.1
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pp.1-12
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2012
In this paper, the reduction factors to calculate the site coefficients of an embedded foundation are estimated, considering the effect of a poor backfill for the seismic design of a building built on an embedded foundation. This is determined by utilizing in-house finite element software, P3DASS, which has the capability of horizontal pseudo 3D seismic analysis with nonlinear soil. The 30m thick soil on stiff rock was assumed to be homogeneous, elastic, viscous and isotropic, and equivalent circular rigid foundations with radii of 10-70m were assumed to be embedded 0, 10, 20, and 30 m in the soil. Seismic analyses were performed with 7 bedrock earthquake records de-convoluted from the outcrop records; the scaling of the peak ground accelerations were to 0.1 g. The study results show that the site coefficients of a poor-backfilled foundation are gradually reduced as the foundation embedment ratio increases, except in the case of a small foundation embedded deeply in the weak soft soil. In addition, it was found that the deviation of the site coefficients due to the foundation size was not significant. Therefore, the typical reduction factors of an embedded foundation with poor backfill are proposed in terms of the shear wave velocity and site class. This is in order to find the site coefficients of an embedded foundation by multiplying the reduction factor by a site coefficient of a surface foundation specified in the design code. They can then be interpolated to determine the intermediate shear wave velocity.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.4
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pp.123-134
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1998
본 연구에서는 지반상태가 교량의 지진응답에 미치는 영향을 분석하기 위해 다양한 지반모델 상의 교량모델에 대한 지진해석을 수행하고 그 결과를 비교.분석하였다 이를 위해서 기존의 교량시방서에서 분류된 네가지의 서로다른 지반종류를 대상으로 보다 세분된 지반모델 상에 위치하는 대표적인 교량에 대한 지진해석을 수행함으러써 첫째로는 각 지반 종류 상호간의 지진응답 차이의 정도를 시방서 값과 비교.분석하였으며 둘째로는 동일 지반으로 분류되는 상이한 두 지반간의 응답차이의 정도를 확인하였다 해석을 위해서는 시방서에서 제시된 두가지 방법 즉 단일모드 스펙트럼해석법과 다중모드 스펙트럼해석법을 사용하였으며 이들 결과를 별도로 작성된 인공시간이력을 입력으로 하는 시간이력해석법을 사용한 결과와 비교.분석하였다 시간이력해석법에서는 진동수에 무관한 지반임피던스함수를 이용하는 시간영역해석법을 사용하였다 해석결과 시방서에서 제시한 단일모드 및 다중모드 스펙트럼해석방법은 일반적으로 안전측의 지반-구조물 상호작용 해석결과를 주는 것으로 확인되었다 그러나 유연성이 큰 지반 상의 구조물에대한 지진해석을 위한 해석모델 작성시에는 지반의 유연성이 반드시 고려되어야 하며 특히 낙교방지를 위한 변위는 지반의 유연성을 고려한 정밀해석법에 의한 계산이 필수적으로 요구됨을 확인하였다.
In this paper, a three dimensional soil-structure interaction (SSI) is numerically simulated using finite element method in order to analyse the foundation moments in annular raft of tall slender chimney structures incorporating the effect of openings in the structure and the effect of soil flexibility, when the structure-soil system is subjected to El Centro (1940) ground motion in time domain. The transient dynamic analysis is carried out using LS-DYNA software. The linear ground response analysis program ProShake has been adopted for obtaining the ground level excitation for different soil conditions, given the rock level excitation. The radial and tangential bending moments of annular raft foundation obtained from this SSI analysis have been compared with those obtained from conventional method according to the Indian standard code of practice, IS 11089:1984. It is observed that tangential and radial moments increase with the increase in flexibility of soil. The analysis results show that the natural frequency of chimney decreases with increase in supporting soil flexibility. Structural responses increase when the openings in the structure are also considered. The purpose of this paper is to propose the need for an accurate evaluation of the soilstructure interaction forces which govern the structural response.
The code static eccentricity model for elastic torsional design of structures has two critical shortcomings: (1) the negation of the inertial torsional moment at the center of mass (CM), particularly for torsionally-unbalanced (TU) building structures, and (2) the confusion caused by the discrepancy in the definition of the design eccentricity in codes and the resistance eccentricity commonly used by engineers such as in FEMA454. To overcome these shortcomings, using the resistance eccentricity model that can accommodate the inertial torsional moment at the CM, interactive relations between shear and torsion are proposed as follows: (1) elastic responses of structures at instants of peak edge-frame drifts are given as functions of resistance eccentricity, and (2) elastic hysteretic relationships between shear and torsion in forces and deformations are bounded by ellipsoids constructed using two adjacent dominant modes. Comparison of demands estimated using these two interactive relations with those from shake-table tests of two TU building structures (a 1:5-scale five-story reinforced concrete (RC) building model and a 1:12-scale 17-story RC building model) under the service level earthquake (SLE) show that these relations match experimental results of models reasonably well. Concepts proposed in this study enable engineers to not only visualize the overall picture of torsional behavior including the relationship between shear and torsion with the range of forces and deformations, but also pinpoint easily the information about critical responses of structures such as the maximum edge-frame drifts and the corresponding shear force and torsion moment with the eccentricity.
When reinforced concrete structures are subjected to strong seismic forces, their beam-column connections are very susceptible to be damaged during the earthquake event. Consequently, structural designers try to fit an important quantity of steel reinforcement inside the connection, complicating its construction without a clear justification for this. The aim of this work is to evaluate -and demonstrate- numerically how the quantity and the array of the internal steel reinforcement influences on the nonlinear response of the RC beam-column connection. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. The nonlinear response of the RC beam-column connection is evaluated taking into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: a damage model is used for concrete; a classical plasticity model is adopted for steel reinforcement; the steel-concrete bonding is considered perfect without degradation. At the end, the experimental responses obtained in the tests are compared to the numerical results, as well as the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection, which are analyzed for a low and high state of confinement.
Some model building codes stipulate that the design displacement of a building can be computed using the elastic static analysis results multiplied by the deflection amplification factor, $C_d$. This approach for estimating the design displacement is essential and appealing in structural engineering practice when nonlinear response history analysis (NRHA) is not required. Furthermore, building codes stipulate the consideration of accidental torsion effects using accidental eccentricity, whether the buildings are symmetric-plan, or asymmetric-plan. In some model building codes, the accidental eccentricity is further amplified by the torsional amplification factor $A_x$ in order to minimize the discrepancy between statically and dynamically estimated responses. Therefore, this warrants exploration of the reliability of statically estimated design displacements in accordance with the building code requirements. This study uses the discrepancy curves as a way of assessing the reliability of the design displacement estimates resulting from the factors $C_d$ and $A_x$. The discrepancy curves show the exceedance probabilities of the differences between the statically estimated design displacements and NRHA results. The discrepancy curves of 3-story, 9-story, and 20-story example buildings are investigated in this study. The example buildings are steel special moment frames with frequency ratios equal to 0.7, 1.0, 1.3, and 1.6, as well as existing eccentricity ratios ranging from 0% to 30%.
A ground-motion prediction equation (GMPE) for the Korean Peninsula, especially for South Korea, is developed based on synthetic ground motions generated using a ground motion model derived from instrumental records from 11 recent earthquakes of $M_L$>4.5 in Korea, including the Gyeongju earthquake of Sept. 12. 2016 ($M_L$5.8). PSAs of one standard deviation from the developed GMPE with $M_W$ 6.5 at hypocentral distances of 15 km and 25 km are compared to the design spectrum (soil condition, $S_B$) of the Korean Building Code 2016 (KBC), indicating that: (1) PSAs at short periods around 0.2 sec can be 1.5 times larger than the corresponding KBC PSA, and (2) SD's at periods longer than 2 sec do not exceed 8 cm. Although this comparison of the design spectrum with those of the GMPE developed herein intends to identify the characteristics of the scenario earthquake in a lower-seismicity region such as South Korea, it does not mean that the current design spectrum should be modified accordingly. To develop a design spectrum compatible with the Korean Peninsula, more systematic research using probabilistic seismic hazard analysis is necessary in the future.
Structural pounding is commonly observed phenomenon during major ground motion, which can cause both structural and architectural damages. To reduce the amount of damage from pounding, the best and effective way is to increase the separation distance. Generally, existing design procedures for determining the separation distance between adjacent buildings subjected to structural pounding are based on approximations of the buildings' peak relative displacement. These procedures are based on unknown safety levels. The aim of this research is to estimate probabilistic separation distance between adjacent structures by considering the variability in the system and uncertainties in the earthquakes characteristics through comprehensive numerical simulations. A large number of models were generated using a robust Monte-Carlo simulation. In total, 6.54 million time-history analyses were performed over the adopted models using an ensemble of 25 ground motions as seismic input within OpenSees software. The results show that a gap size of 50%, 70% and 100% of the considered design code for the structural periods in the range of 0.1-0.5 s, leads to have the probability of pounding about 41.5%, 18% and 5.8%, respectively. Finally, based on the results, two equations are developed for probabilistic determination of needed structural separation distance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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