In this paper a novel approach is proposed to address the problem of deriving non-stationary stochastic processes which are compatible in the mean sense with a given (target) response (uniform hazard) spectrum (UHS) as commonly desired in the aseismic structural design regulated by contemporary codes of practice. The appealing feature of the approach is that it is non-iterative and "one-step". This is accomplished by solving a standard over-determined minimization problem in conjunction with appropriate median peak factors. These factors are determined by a plethora of reported new Monte Carlo studies which on their own possess considerable stochastic dynamics merit. In the proposed approach, generation and treatment of samples of the processes individually on a deterministic basis is not required as is the case with the various "two-step" approaches found in the literature addressing the herein considered task. The applicability and usefulness of the approach is demonstrated by furnishing extensive numerical data associated with the elastic design UHS of the current European (EC8) and the Chinese (GB 50011) aseismic code provisions. Purposely, simple and thus attractive from a practical viewpoint, uniformly modulated processes assuming either the Kanai-Tajimi (K-T) or the Clough-Penzien (C-P) spectral form are employed. The Monte Carlo studies yield damping and duration dependent median peak factor spectra, given in a polynomial form, associated with the first passage problem for UHS compatible K-T and C-P uniformly modulated stochastic processes. Hopefully, the herein derived stochastic processes and median peak factor spectra can be used to facilitate the aseismic design of structures regulated by contemporary code provisions in a Monte Carlo simulation-based or stochastic dynamics-based context of analysis.
In this paper a novel non-iterative approach is proposed to address the problem of deriving non-stationary stochastic processes which are compatible in the mean sense with a given (target) response (uniform hazard) spectrum (UHS) as commonly desired in the aseismic structural design regulated by contemporary codes of practice. This is accomplished by solving a standard over-determined minimization problem in conjunction with appropriate median peak factors. These factors are determined by a plethora of reported new Monte Carlo studies which on their own possess considerable stochastic dynamics merit. In the proposed approach, generation and treatment of samples of the processes individually on a deterministic basis is not required as is the case with the various approaches found in the literature addressing the herein considered task. The applicability and usefulness of the approach is demonstrated by furnishing extensive numerical data associated with the elastic design UHS of the current European (EC8) and the Chinese (GB 50011) aseismic code provisions. Purposely, simple and thus attractive from a practical viewpoint, uniformly modulated processes assuming either the Kanai-Tajimi (K-T) or the Clough-Penzien (C-P) spectral form are employed. The Monte Carlo studies yield damping and duration dependent median peak factor spectra, given in a polynomial form, associated with the first passage problem for UHS compatible K-T and C-P uniformly modulated stochastic processes. Hopefully, the herein derived stochastic processes and median peak factor spectra can be used to facilitate the aseismic design of structures regulated by contemporary code provisions in a Monte Carlo simulation-based or stochastic dynamics-based context of analysis.
Park, Yeon-Soo;Choi, Sun-Min;Kin, Eung-Rok;Suh, Byoung-Chul
Proceedings of the KSR Conference
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2007.05a
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pp.448-455
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2007
In 1992, the first design standard of quake proof bridge was established. However, most bridge structures which were constructed without considering earthquake in former times need performance of quakeproof property. Quakeproof analysis in current bridges, is based on analysis of load base which just has strength over the load of simple structures but is not checked through simple comparison of strength performance of structures so that we would like to check that ADRS method is reasonable or not using ADRS method(Accleration-Displacement Response Spectrum Method), a analysis method based on displacement of object of performance test. As the result of that, the capacity spectrum method can avoid complex dynamic analysis in analysis based on loads and it efficiently applies to design verification with normal checking for quakeproof performance and aimed performance of new structures. However we can not consider effects of high modes and it has problem that does not consider falling of performance in structures by repeated load.
The seismic site coefficients are often used with the seismic hazard maps to develop the design response spectrum at the surface. The site coefficients are most commonly developed deterministically, while the seismic hazarde maps are derived probabilistically. There is, hence, an inherent incompatibility between the two approaches. However, they are used together in the seismic design codes without a clear rational basis. To resolve the fundamental imcompatibility between the site coefficients and hazard maps, this study uses a novel probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) technique that simulates the results of a standard PSHA at a rock outcrop, but integrates the site response analysis function to capture the site amplification effects within the PSHA platform. Another important advantage of the method is its ability to model the uncertainty, variability, and randomness of the soil properties. The new PSHA was used to develop fully probabilistic site coefficients for site classes of the seismic design code and another sets of site classes proposed in Korea. Comparisons highlight the pronounced discrepancy between the site coefficients of the seismic design code and the proposed coefficients, while another set of site coefficients show differences only at selected site classes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.1
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pp.41-48
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2024
In 2017, the Ministry of the Interior and Safety conducted research for the revision of seismic design standards and performed studies on standard design response spectra. As a result, the Common Application Guidelines for Seismic Design Standards were introduced, and these guidelines have been implemented in the national design standards of the Ministry of Land, Infrastructure, and Transport for practical use. However, it should be noted that the research for proposing standard design response spectra during the 2017 revision was conducted before the occurrence of the significant seismic events in South Korea, such as the 2016 Gyeongju Earthquake and the 2017 Pohang Earthquake. To account for these recent major earthquakes, this study adjusted the standard design spectra based on the records of the 2016 Gyeongju Earthquake and the 2017 Pohang Earthquake and conducted ground response analyses accordingly. The results revealed variations in peak ground acceleration (PGA) at the ground surface even within the same ground classification. It was confirmed that this variation can lead to overestimation or underestimation of seismic loads.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.2
s.48
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pp.51-62
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2006
In the companion paper (I-Problem Statements of the Current Seismic Design Code), the current Korean seismic design code is required to be modified considering site characteristics in Korea for the reliable estimation of site amplification. In this paper, three site classification methods based on the mean shear wave velocity of the top 30m $V_{S30}$, fundamental site periods $(T_G)$ and bedrock depth were investigated and compared with each other to determine the best classification system. Not enough of a difference in the standard deviation of site coefficients $(F_a\;and\;F_v)$ to determine the best system, and neither is the difference between the average spectral accelerations and the design response spectrum of each system. However, the amplification range of RRS values based on $T_G$ were definitely concentrated on a narrow band than other classification system. It means that sites which have a similar behavior during earthquake will be classified as the same site category at the site classification system based on $T_G$. The regression curves between site coefficients and $T_G$ described the effect of soil non linearity well as the rock shaking intensity increases than the current method based on $V_{S30}$. Furthermore, it is unambiguous to determine sue category based on $T_G$ when the site investigation is performed to shallower depth less than 30m, whereas the current $V_{S30}$ is usually calculated fallaciously by extrapolating the $V_s$ of bedrock to 30m. From the results of this study, new site classification system based on $T_G$ was recommended for legions of shallow bedrock depth in Korea.
Ahmed Ibrahim;Ibrahim El-Araby;Ahmed I. Saleh;Mohammed Shaaban
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.347-361
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2023
This research aims to assess the behavior of reinforced concrete (RC) residential buildings when moment-resisting frames (MRFs) are used as the lateral resisting system. This investigation was conducted using MIDAS Gen v.19.0. Buildings with various plan footprints (Square, Rectangular, Circular, Triangular, and Plus-Shaped), and different heights (15 m, 30 m, 45 m, and 60 m) are investigated. The defined load cases, the equivalent static lateral load pattern, and the response spectrum function were defined as stated by the American Standard (ASCE 7-16), the 1997 Uniform Building Code (UBC97), the Egyptian Code for Loads (ECP-201), and the European Standard (EC8). Extensive comparisons of the results obtained by the different codes (including the story displacement, the story drift, and the base shear) were undertaken; to assess the response of moment-resisting multi-story framed buildings under lateral loads. The results revealed that, for all study cases under consideration, both ECP-201 and EC8 gave smaller base shear, displacement, and drift by one third to one fourth, around one fourth, around one fifth, respectively for both the ELF and RSA methods if compared to ASCE 7-16 and UBC97.
This study suggests a method for deriving earthquake response based on log-normal distribution in order to obtain realistic and reliable probability and statistical seismic response of structures. The development of three earthquake suites were presented, with a brief description of 2%, 10%, and 50% in 50 years probability of exceedance according the USGS Los Angeles probabilistic seismic hazard maps. In order to analyze the basic dynamic behavior, a Single-Degree-of-Freedom (SDOF) structure was selected and the seismic response spectrum representing the response of each natural period was plotted. Overall, the mean response values presented through the log-normal distribution is lower than the standard normal distribution. Thus, it is considered that the former method can be provided as the effective cost on performance-based seismic design more than the latter one.
Biao Liu;Zhengzhong Wang;Bo Zhang;Ningjun Du;Mingxia Gao;Guoliang Bai
Steel and Composite Structures
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v.46
no.2
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pp.221-236
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2023
In order to study the seismic response of the main plant of steel reinforced concrete (SRC) structure of the CAP1400 nuclear power plant under the influence of different high-mode vibration, the 1/7 model structure was manufactured and its dynamic characteristics was tested. Secondly, the finite element model of SRC frame-bent structure was established, the seismic response was analyzed by mode-superposition response spectrum method. Taking the combination result of the 500 vibration modes as the standard, the error of the base reactions, inter-story drift, bending moment and shear of different modes were calculated. Then, based on the results, the influence of high-mode vibration on the seismic response of the SRC frame-bent structure of the main plant was analyzed. The results show that when the 34 vibration modes were intercepted, the mass participation coefficient of the vertical and horizontal vibration mode was above 90%, which can meet the requirements of design code. There is a large error between the seismic response calculated by the 34 and 500 vibration modes, and the error decreases as the number of modes increases. When 60 modes were selected, the error can be reduced to about 1%. The error of the maximum bottom moment of the bottom column appeared in the position of the bent column. Finally, according to the characteristics of the seismic influence coefficient αj of each mode, the mode contribution coefficient γj•Xji was defined to reflect the contribution of each mode to the seismic action.
Park, Keun-Bo;Sim, Jae-Uk;Cha, Seung-Hun;Kim, Soo-Il
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.24
no.8
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pp.137-148
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2008
In this study, 28 earthquake records with magnitudes from 5.3 to 7.9 are selected for dynamic analysis in order to assess applicability of the earthquakes for domestic seismic design. The assessment is performed using the seismic spectrum analysis of energy and acceleration. Based on results of the analysis, four acceleration time histories, which satisfy the Korean design standard response spectrum, are proposed. From the dynamic analysis using earthquake magnitudes from 6.4 to 7.9, it is found that horizontal displacements corresponding to earthquake magnitudes greater than 7 are two times larger than those with magnitude 6.5. Therefore, it can be stated that use of strong earthquakes, such as Miyagiken-ken-oki earthquake (Ofunato, $M_{JMA}=7.4$) and Tokachi-oki earthquake (Hachinohe, $M_{JMA}=7.9$), for the seismic design in Korea is not applicable, and may prove to be excessively conservative due to overestimated seismic force. From the dynamic analyses using the proposed acceleration time histories, effects of caisson quay wall dimension and the subsoil condition are investigated as well. The simplified design charts to evaluate horizontal displacements of caisson quay wall are also proposed based on earthquake magnitude 6.5 that is appropriate in Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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