Lu Sui;Hanheng Wu;Menglong Tao;Zhichao Jia;Tianhua Zhou
Steel and Composite Structures
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v.47
no.5
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pp.663-677
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2023
The self-centering energy-dissipating coupled wall panels (SECWs) possess a dual capacity of resiliency and energy dissipation. Used in steel frames, the SECWs can localize the damage of structures and reduce residual drifts. Based on OpenSEES, the nonlinear models were established and validated by experimental results. The seismic design procedure of steel frame with SECW structures (SF-SECW) was proposed in accordance with four-level seismic fortification objectives. Nonlinear time-history response analyses were carried out to validate the reasonability of seismic design procedure for 6-story and 12-story structures. Results show that the inter-story drifts of designed structures are less than drift limits. According to incremental dynamic analyses (IDA), the fragility curves of mentioned-above structure models under different limit states were obtained. The results indicate that designed structures have good seismic performance and meet the seismic fortification objectives.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.3
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pp.1-10
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2010
The target performance of a current seismic design code is to achieve collapse-prevention in order to minimize casualties. Existing structures are also being retrofitted to meet this target performance. This seismic performance seems to have been achieved in recent great overseas earthquakes, but the accompanying enormous economic loss is pointed out as a new problem. A new seismic design concept over the current target performance is required to reduce economic loss, in which a target performance is determined by the damage probability in order to control the damage levels of structures. In this study, the seismic behavior of bridges having different characteristics was investigated by nonlinear seismic analyses, and fragility curves with respect to a reference damage level were derived. Based on these results, the characteristics of target ductilities satisfying a target damage probability were investigated.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.18
no.5
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pp.203-208
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2018
In this paper, we selected power and power distribution facilities corresponding to urban infrastructure from the types of damage that could be caused by earthquakes and studied how they were calculated to damage. To calculate the damage, a graph of the magnitude of the damage was produced by applying the vulnerability curve calculation formula, which can be calculated for each type and type of facility. The scale of the earthquake and the probability of the occurrence of damage by the maximum earthquake acceleration were shown in the form of a vulnerability rate when the earthquake occurred in the urban infrastructure facility for utilizing the calculation result. It also applied a method of quantifying the fragility, which is a method of converting the calculated fragility into an integrated form, to represent a constant value for the magnitude of the damage. Continuing research, such as the method applied in this paper, could help identify in advance the types of structures affected by an earthquake and respond to reducing damage.
This paper aims to assess the seismic risk of a plane moment-resisting frames (MRFs) consisting of concrete-filled double skin steel tube (CFDST) columns and I-section steel beams. Firstly, three typical limit performance levels of CFDST structures are determined in accordance with the cyclic tests of seven CFDST joint specimens with 1/2-scaled and the limits stipulated in FEMA 356. Then, finite element (FE) models of the test specimens are built by considering with material degradation, nonlinear behavior of beam-column connections and panel zones. The mechanical behavior of the concrete material are modeled in compression stressed condition in trip-direction based on unified strength theory, and such numerical model were verified by tests. Besides, numerical models on 3, 6 and 9-story CFDST frames are established. Furthermore, the seismic responses of these models to earthquake excitations are investigated using nonlinear time-history analyses (NTHA), and the limits capacities are determined from incremental dynamic analyses (IDA). In addition, fragility curves are developed for these models associated with 10%/50yr and 2%/50yr events as defined in SAC project for the region on Los Angeles in the Unite State. Lastly, the annual probabilities of each limits and the collapse probabilities in 50 years for these models are calculated and compared. Such results provide risk information for the CFDST-MRFs based on the probabilistic risk assessment method.
Kim, Sung-Wan;Yun, Da-Woon;Cheung, Jin-Hwan;Kim, Seong-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.3
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pp.122-129
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2020
To conduct probabilistic seismic fragility analysis for nuclear power plants, it is very important to define the failure modes and criteria that can represent actual serious accidents. The seismic design criteria for piping systems, however, cannot fully reflect serious accidents because they are based on plastic collapse and cannot express leakage, which is the actual limit state. Therefore, it is necessary to clearly define the limit state for reliable probabilistic seismic fragility analysis. Therefore, in this study, the limit state of the SCH80 3-inch steel pipe elbow, the vulnerable part of piping systems, was defined as leakage, and the in-plane cyclic loading test was conducted. Moreover, an attempt was made to quantify the failure criteria for the steel pipe elbow using the damage index, which was based on the dissipated energy that used the moment-deformation angle relationship.
Irregularities of a building in plan and elevation, which results in the change in stiffness on different floors highly affect the seismic performance and resistance of a structure. This study motivated to investigate the seismic responses of high-rise steel-frame buildings of twelve stories with various stiffness irregularities. The building has five spans of 3200 mm distance in both X- and Z-directions in the plan. The design package SAP2000 was adopted for the design of beams and columns and resulted in the profile IPE500 for the beams of all floors and box sections for columns. The column cross-section dimensions vary concerning the number of the story; one to three: 0.50×0.50×0.05m, four to seven: 0.45×0.45×0.05 m, and eight to twelve: 0.40×0.40×0.05 m. Real recorded ground accelerations obtained from the Vrancea earthquake in Romania together with dead and live loads corresponding to each story were considered for the applied load. The model was validated by comparing the results of the current method and literature considering a three-bay steel moment-resisting frame of eight-story height subject to seismic load. To investigate the seismic performance of the buildings, the time-history analysis was performed using ABAQUS. Deformed shapes corresponding to negative and positive peaks were provided followed by the story drifts and fragility curves which were used to examine the probability of collapse of the building. From the results, it was concluded that regular buildings provided a seismic performance much better than irregular buildings. Furthermore, it was observed that building with torsional irregularity was more vulnerable to seismic failure.
The importance of seismicity in developing countries and the strengthening of buildings is a topic of major importance. Therefore, the study of several solutions with the development of new technologies is of great importance to investigate the damage on retrofitted structures by using probabilistic methods. The Federal Emergency Management Agency considers three types of performance levels by considering different scenarios, intensity and duration. The selection and scaling of ground motions mainly depends on the aim of the study. Intensity-based assessments are the most common and compute the response of buildings for a specified seismic intensity. Assessments based on scenarios estimate the response of buildings to different earthquake scenarios. A risk-based assessment is considered as one of the most effective. This research represents a practical method for developing countries where exists many active faults, tall buildings and lack of good implementable approaches. Therefore, to achieve the main goal, two high-rise steel buildings have been modeled and assessed. The contribution of buckling-restrained braces in the elastic design of both buildings is firstly verified. In the nonlinear static range, both buildings presented repairable damage at the central top part and some life safety hinges at the bottom. The nonlinear incremental dynamic analysis was applied by 15 representative/scaled accelerograms to obtain levels of performance and fragility curves. The results shown that by using probabilistic methods, it is possible to estimate the probability of collapse of retrofitted buildings by buckling-restrained braces and tuned mass dampers, which are practical retrofitting options to protect existing structures against earthquakes.
Key questions to researchers interested in nonlinear analysis of skeletal structures are whether the distributed plasticity approach - albeit computationally demanding - is more reliable than the concentrated plasticity to adequately capture the extent and severity of the inelastic response, and whether force-based formulation is more efficient than displacement-based formulation without compromising accuracy. The present research focusing on performance-based seismic response of mid-span concrete bridges provides a pilot holistic investigation opting for some hands-on answers. OpenSees software is considered adopting different modeling techniques, viz. distributed plasticity (through either displacement-based or force-based elements) and concentrated plasticity via beam-with-hinges elements. The pros and cons of each are discussed based on nonlinear pushover analysis results, and fragility curves generated for various performance levels relying on incremental dynamic analyses under real earthquake records. Among prime conclusions, distributed plasticity modeling albeit inherently not relying on prior knowledge of plastic hinge length still somewhat depends on such information to ensure accurate results. For instance, displacement-based and force-based approaches secure optimal accuracy when dividing, for the former, the member into sub-elements, and satisfying, for the latter, a distance between any two consecutive integration points, close to the expected plastic hinge length. On the other hand, using beam-with-hinges elements is computationally more efficient relative to the distributed plasticity, yet with acceptable accuracy provided the user has prior reasonable estimate of the anticipated plastic hinge length. Furthermore, when intrusive performance levels (viz. life safety or collapse) are of concern, concentrated plasticity via beam-with-hinges ensures conservative predicted capacity of investigated bridge systems.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.3
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pp.276-284
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2019
Seismic research on bridges, dams and nuclear power plants, which are infrastructure in Korea, has been carried out since early on, but in the case of structures in thermal power plants, research is insufficient. In this study, a total of 192 dynamic analyzes were performed for 16 actual seismic waves and 12 PGAs. As a result, the probability of failure increased as the PGA value increased for each applied seismic wave, but it was different for each seismic wave. As a result, at 0.22G, the ratio of the compressive limit reached to the limit state was 25% and the ratio of the relative displacement reached the limit state was 13%. So, the probability of collapse due to compressive failure Is higher. Therefore, the fragility curve of the chimney which is the subject of this study can be used as a quantitative basis to determine the limit state of the target structure when an earthquake occurs and to be used for the safety design of the thermal power plants.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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