The seismic isolation system makes a structure isolated from ground motions to protect the structure from seismic events. Seismic isolation techniques have been implemented in full-scale buildings and bridges because of their simplicity, economic effectiveness, inherent stability and reliability. As for the responses of an isolated structure due to seismic events, it is well known that the most uncertain aspects are the seismic loading itself and structural properties. Due to the randomness of earthquakes and uncertainty of structures, seismic response distributions of an isolated structure are needed when evaluating the seismic fragility assessment (or probabilistic seismic safety assessment) of an isolated structure. Seismic response time histories are useful and often essential elements in its design or evaluation stage. Thus, a large number of non-linear dynamic analyses should be performed to evaluate the seismic performance of an isolated structure. However, it is a monumental task to gather the design or evaluation information of the isolated structure from too many seismic analyses, which is impractical. In this paper, a new methodology that can evaluate the seismic fragility assessment of an isolated structure is proposed by using stochastic response database, which is a device that can estimate the seismic response distributions of an isolated structure without any seismic response analyses. The seismic fragility assessment of the isolated nuclear power plant is performed using the proposed methodology. The proposed methodology is able to evaluate the seismic performance of isolated structures effectively and reduce the computational efforts tremendously.
Seismic isolation has been established as an effective earthquake-resistant design method and the lead rubber bearings (LRBs) are among the most commonly used seismic isolation systems. In the scientific literature, a sharp bilinear model is often used for capturing the hysteretic behaviour of the LRBs in the analysis of seismically isolated structures, although the actual behaviour of the LRBs can be more accurately represented utilizing smoothed plasticity, as captured by the Bouc-Wen model. Discrepancies between these two models are quantified in terms of the computed peak relative displacements at the isolation level, as well as the peak inter-storey deflections and the absolute top-floor accelerations, for the case of base-isolated buildings modelled as multi degree-of-freedom systems. Numerical simulations under pulse-like ground motions have been performed to assess the effect of non-linear parameters of the seismic isolation system and characteristics of both the superstructure and the earthquake excitation, on the accuracy of the computed peak structural responses. Through parametric analyses, this paper assesses potential inaccuracies of the computed peak seismic response when the sharp bilinear model is employed for modelling the LRBs instead of the more accurate and smoother Bouc-Wen model.
Oh, Ju;Hyeon, Gi Hwan;Park, Yeon Su;Park, Seong-Kyu
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.1
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pp.127-134
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2008
For more districted seismic design and attemped multi-bridge continuity, the existing seismic design is difficulted to treat seismic activity. So, many company applied multi-fixed point and damper or isolator, which is effective for decreasing seismic energy, on period shift, decentralization and damping. But, there is hard to design special bridge with adjusted seismic system because of absence seismic device and insufficient design experience. Therefore, the study on behavior characteristics of designed bridge with various seismic device is performed to utilize the result of this for selection of adequate seismic device.
Lee, Kuk-Hee;Kim, Yun-Jae;Ryu, Kang-Mook;Hwang, Il Soon;Yoo, Bong
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.7
no.3
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pp.30-39
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2011
URANUS (Ubiquitous, Robust, Accident-forgiving, Non-proliferating, Ultra-lasting and Sustainer) has been developed with 35MWe (100MWth) operating without primary coolant pump, capitalizing on natural circulation capability of lead-bismuth eutectic (LBE) for long-life small and robust power units. To ensure the structural integrity, the large safety margin against Safe Shutdown Earthquake, 0.3g, and furthermore the cost effectiveness for URANUS, three-dimensional seismic base isolation design has been developed. The analytical model has been developed and seismic time history analyses have been carried out. The advantage for using three-dimensional seismic base isolation for URANUS has been discussed.
In past major earthquakes (1994 Northridge, 1995 Kobe, Chi-Chi 1999, Kocaeli 1999), significant damages occurred in the liquid storage tanks. The basic failure patterns were observed to be the buckling of the tank wall and uplift of the anchorage system. The damages in the industrial facilities and nuclear power plants have caused the spread of toxic substances to the environment and significant fires. Seismic isolation can be used in liquid storage tanks to decouple the structure and decrease the structural demand in the superstructure in case of ground shaking. Previous studies on the use of seismic isolation systems on liquid storage tanks show that an isolation system reduces the impulsive response but might slightly increase the convective one. There is still a lack of understanding of the seismic response of seismically isolated liquid storage tanks considering the fluid-structure interaction. In this study, one broad tank, one medium tank, and one slender tank are selected and designed. Two- and three-dimensional elastomeric bearings are used as seismic isolation systems. The seismic performance of the tanks is then investigated through nonlinear dynamic time-history analyses. The effectiveness of each seismic isolation system on tanks' performance was investigated. Isolator tension forces, modal analysis results, hydrodynamic stresses, strains, sloshing heights and base shear forces of the tanks are compared. The results show that the total base shear is lower in 3D-isolators compared to 2D-isolators. Even though the tank wall stresses, and strains are slightly higher in 3D-isolators, they are more efficient to prevent the tension problem.
Serror, Mohammed H.;El-Gazzar, Sherif O.;Mourad, Sherif A.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.5
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pp.1091-1111
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2015
Base isolation is an effective method for protecting structures against earthquake hazard. It elongates the period of vibration and introduces supplemental damping to the structural system. The stiffness, damping and displacement are coupled forcing the code seismic design procedure to be unnecessarily complicated. In addition, the force reduction factor -a key parameter in the design procedurehas not been well addressed by seismic design codes at the high levels of damping due to the pronounced difference between pseudo and actual accelerations. In this study, a comparison has been conducted to evaluate eight different methods, in the literature, for calculating the force reduction factor due to damping. Accordingly, a simplified seismic analysis procedure has been proposed based on the well documented N2 method. Comprehensive analysis has been performed for base-isolated structure models for direct application and verification of the proposed procedure. The results have been compared with those of the European code EC8, the nonlinear time history analysis and investigations in the literature, where good agreement has been reported. In addition, a discussion has been elaborated for the resulted response of the base-isolated structure models with respect to the dynamic characteristics of the base isolation system.
Park, Young-Gee;Ha, Sung Hoon;Seong, Min-Sang;Jeon, Junchul;Choi, Seung-Bok
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.2
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pp.185-191
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2013
This paper presents a new method for roller design of IRB(isolation roller bearing) seismic isolation device using experimental evaluation. Three layered plate is adopted for the IRB in which the upper plate is placed on x direction and the lower plate is placed on y direction. The rollers placed in each plate make a plate movement. The roller is then optimally designed using variable geometric conditions. Stress distribution depends on the diameter and length of the roller and hence this is used for the determination of optimal geometry of the roller. In the experimental evaluation, it is observed that stress concentration at the end sides of roller is decreased and geometric coefficients depend on crowning dimension. In addition, in order to determine optimal design parameters of the roller the plastic deformation and friction are experimentally identified.
During the structural design of urban over-track high-rise buildings, two problems are most likely encountered: the abrupt change of story stiffness between the podium and the upper towers, as well as the demand for train-induced vibration control. Traditional earthquake-resistant structures have to be particularly designed with transfer stories to meet the requirement of seismic control under earthquakes, and thus horizontal seismic isolation techniques are recommended to solve the transfer problem. The function of mitigating the vertical subway-induced vibration can be integrated into the isolation system including thick rubber bearings and 3D composite vibration control devices. Engineering project cases are presented in this paper for a more comprehensive understanding of the engineering practice and research frontiers of urban over-track high-rise buildings in China.
This paper presents a numerical investigation on the seismic behavior of isolated bridges with supplemental viscous damping. Usually very large displacements make seismic isolation an unfeasible solution due to boundary conditions, especially in case of existing bridges or high risk seismic regions. First, a suggested optimal design procedure is introduced, then seismic performance of three real bridges with different isolation systems and damping levels is investigated. Each bridge is studied in four different configurations: simply supported (SSB), isolated with 10% damping (IB), isolated with 30% damping (LRB) and isolated with optimal supplemental damping ratio (IDB). Two of the case studies are investigated under spectrum compatible far-field ground motions, while the third one is subjected to near-fault strong motions. With respect to different design strategies proposed by other authors, results of the analysis demonstrated that an isolated bridge equipped with HDLRBs and a total equivalent damping ratio of 70% represents a very effective design solution. Thanks to confirmed effective performance in terms of base shear mitigation and displacement reduction under both far field and near fault ground motions, as well as for both simply supported and continuous bridges, the suggested control system provides robustness and reliability in terms of seismic performance also resulting cost effective.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.2
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pp.89-95
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2013
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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