극 지역용 중력식 해양구조물의 설계시 고려되어야 할 문제중의 하나가 구조물의 유빙(ice)과 충돌시 야기되는 foundation붕괴 현상인데, 본 논문에서는 정적 해석을 위해 sliding 및 bearing failure 현상에 대하여만 연구하였고, 또한 동적 해석을 위하여 soil과ice의 특성으로부터 structure-ice-soil의 상호 작용 운동 방정식을 설정하여 구조물과 ice의변위, 속도, 가속도와 ice force와 soil force의 history를 시간영역 해법으로 풀었다. 한 예제로 Beaufort Sea의 37 feet수심과 granular soil 상태에서 구조물의 최대변위는 0.4 feet이고 가속도는 약 0.3kg이며 이때 구조물이 sliding에 대하여 안전하다는 것이 입증되었다.
The purpose of this paper is to investigate the coupled effect of SSI and pounding on dynamic responses of unequal height adjacent buildings with insufficiently separation distance subjected to seismic loading. Numerical investigations were conducted to evaluate effect of the pounding coupling SSI on a Reinforced Concrete Frame Structure system constructed on different soil fields. Adjacent buildings with unequal height, including a 9-storey and a 3-storey reinforced concrete structure, were considered in numerical studies. Pounding force response, time-history and root-mean-square (RMS) of displacement and acceleration with different types of soil and separations were presented. The numerical results indicate that insufficient separation could lead to collisions and generate severe pounding force which could result in acceleration and displacement amplifications. SSI has significant influence of the seismic response of the structures, and higher pounding force were induced by floors with stiffer soil. SSI is reasonable neglected for a structure with a dense soil foundation, whereas SSI should be taken into consideration for dynamic analysis, especially for soft soil base.
In this paper, the performance of under-foundation isolators against generally annoying train-induced vibrations was examined experimentally. The effect of foundation type on the efficacy of such isolators was investigated for the first time. To this end, laboratory models including a soil container, soil, building with three types of foundation (i.e., single, strip, and mat), and isolator layer were employed. Through various dynamic tests, the effects of foundation type, isolation frequency, and the dominant frequency of train load on the isolator's performance were studied. The results demonstrated that the vibration level in the unisolated building with the strip and mat foundation was, respectively, 29 and 38% lower than in the building with the single foundation. However, the efficacy of the isolator in the building with the single foundation was, respectively, 21 and 40% higher than in the building with the strip and mat foundation. Furthermore, a lower isolation frequency and a higher excitation frequency resulted in greater isolator efficacy. The best vibration suppression occurred when the excitation frequency was close to the floor's natural frequency.
When the centers of mass and stiffness of a building do not coincide, the structure experiences torsional responses. Such systems can consist of the underlying soil and the super-structure. The underlying soil may modify the earthquake input motion and change structural responses. Specific effects of the input motion shall also not be ignored. In this study, seismic demands of asymmetric buildings considering soil-structure interaction (SSI) under near-fault ground motions are evaluated. The building is modeled as an idealized single-story structure. The soil beneath the building is modeled by non-linear finite elements in the two states of loose and dense sands both compared with the fixed-base state. The infinite boundary conditions are modelled using viscous boundary elements. The effects of traditional and yield displacement-based (YDB) approaches of strength and stiffness distributions are considered on seismic demands. In the YDB approach, the stiffness considered in seismic design depends on the strength. The results show that the decrease in the base shear considering soft soil induced SSI when the YDB approach is assumed results only in the center of rigidity to control torsional responses. However, for fixed-base structures and those on dense soils both centers of strength and rigidity are controlling.
One of the main parameters that affect the design of suction caisson-supported offshore structures is uplift behavior. Pull-out of suction caissons is profoundly utilized as the offshore wind turbine foundations accompany by a tensile resistance that is a function of a complex interaction between the caisson dimensions, geometry, wall roughness, soil type, load history, pull-out rate, and many other parameters. In this paper, a parametric study using a 3-D finite element model (FEM) of a single offshore suction caisson (SOSC) surrounded by saturated soil is performed to examine the effect of some key factors on the tensile resistance of the suction bucket foundation. Among the aforementioned parameters, caisson geometry and uplift loading as well as the difference between the tensile resistance and suction pressure on the behavior of the soil-foundation system including tensile capacity are investigated. For this purpose, a full model including 3-D suction caisson, soil, and soil-structure interaction (SSI) is developed in Abaqus based on the u-p formulation accounting for soil displacement (u) and pore pressure, P.The dynamic responses of foundations are compared and validated with the known results from the literature. The paper has focused on the effect of geometry change of 3-D SOSC to present the soil-structure interaction and the tensile capacity. Different 3-D caisson models such as triangular, pentagonal, hexagonal, and octagonal are employed. It is observed that regardless of the caisson geometry, by increasing the uplift loading rate, the tensile resistance increases. More specifically, it is found that the resistance to pull-out of the cylinder is higher than the other geometries and this geometry is the optimum one for designing caissons.
It is known that retaining walls were severely damaged as well in the most recent earthquakes having occurred in the countries in the active seismic belts of the world. This damage can be ascribed to the calculation methods used for the designs of retaining walls in the event of their constructions and employment having been accurately carried out. Generally simplified pseudo-static methods are used in the analysis of retaining walls with analytical methods and soil-structure interaction are not considered. In view of these circumstances, in this article by taking soil interaction into consideration, linear and nonlinear behaviours of retaining walls are analyzed with the assistance of LUSAS which is one of the structural analysis programs. This investigations are carried out per LUSAS which employs the finite element method as to the Erzincan (1992) Earthquake North-South component and the obtained findings are compared with the ones obtained from the method suggested in Eurocode-8, which is still effective today, and Mononobe-Okabe method. Not only do the obtained results indicate the distribution and magnitude of soil pressures are depend on the filling soil but on the foundation soil as well and nonlinear effects should be considered in designs of these walls.
One of the most important parameters affecting nonlinearsoil-structure interaction, especially rocking foundation, is the vertical factor of safety (F.Sv). In this research, the effect of F.Sv on the behavior of rocking foundations was experimentally investigated. A set of slow, cyclic, horizontal loading tests was conducted on elastic SDOF structures with different shallow foundations. Vertical bearing capacity tests also were conducted to determine the F.Sv more precisely. Furthermore, 10% silt was mixed with the dry sand at a 5% moisture content to reach the minimum apparent cohesion. The results of the vertical bearing capacity tests showed that the bearing capacity coefficients (Nc and Nγ) were influenced by the scaling effect. The results of horizontal cyclic loading tests showed that the trend of increase in capacity was substantially related to the source of nonlinearity and it varied by changing F.Sv. Stiffness degradation was found to occur in the final cycles of loading. The results indicated that the moment capacity and damping ratio of the system in models with lower F.Sv values depended on soil specifications such cohesiveness or non-cohesiveness and were not just a function of F.Sv.
Mohammad Hossein Aghashiri;Shamsedin Hashemi;Mohammad Reza Kianoush
Structural Engineering and Mechanics
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v.92
no.1
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pp.25-52
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2024
In the current paper, the various responses of concrete rectangular liquid storage containers under seismic load, each isolated by a lead-rubber bearing subjected to bi-directional earthquake forces are investigated. A parametric study is conducted to investigate the effects of isolation period, yield strength of the isolator and the effects of soil-foundation interaction for non-isolated and base-isolated tanks located on different soil types. In most cases, the value of base shear, base moment, wall displacement and hydrodynamic pressure is reduced by the effect of the isolators whose effective frequency is within the appropriate range. The sloshing displacement is amplified due to seismic isolation of the tanks for both tall and shallow tank configurations. Also, it is found that the seismic isolation technique is more efficient for the more flexible tank. Studying various soil types indicates that, unlike the responses of non-isolated tanks which change drastically for different soil types, the responses of base-isolated structures are less affected. Finally, it is observed that the variation in structural responses is not only related to the superstructure configuration and bearings properties but also depends on the earthquake specifications.
Iman Hakamian;Kianoosh Taghikhani;Navid Manouchehri;Mohammad Mahdi Memarpour
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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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.
Cantilever retaining wall movements generally depend on the intensity and duration of ground motion, the response of the soil underlying the wall, the response of the backfill, the structural rigidity, and soil-structure interaction (SSI). This paper investigates the effect of material properties on seismic response of backfill-cantilever retaining wall-soil/foundation interaction system considering SSI. The material properties varied include the modulus of elasticity, Poisson's ratio, and mass density of the wall material. A series of nonlinear time history analyses with variation of material properties of the cantilever retaining wall are carried out by using the suggested finite element model (FEM). The backfill and foundation soil are modelled as an elastoplastic medium obeying the Drucker-Prager yield criterion, and the backfill-wall interface behavior is taken into consideration by using interface elements between the wall and soil to allow for de-bonding. The viscous boundary model is used in three dimensions to consider radiational effect of the seismic waves through the soil medium. In the seismic analyses, North-South component of the ground motion recorded during August 17, 1999 Kocaeli Earthquake in Yarimca station is used. Dynamic equations of motions are solved by using Newmark's direct step-by-step integration method. The response quantities incorporate the lateral displacements of the wall relative to the moving base and the stresses in the wall in all directions. The results show that while the modulus of elasticity has a considerable effect on seismic behavior of cantilever retaining wall, the Poisson's ratio and mass density of the wall material have negligible effects on seismic response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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