• Structural Engineering and Mechanics
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• 제21권2호
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• pp.137-150
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• 2005

Dynamic analysis of dam-reservoir-foundation system is usually carried out by employing a simplified and approximate one-dimensional model to account for fluid-foundation interaction. The approximation introduced on this basis is examined thoroughly in this paper by comparing the method with the rigorous approach. It is concluded that the errors due to approximate method could be very significant both for horizontal and vertical ground motions.

• Earthquakes and Structures
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• 제18권3호
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• pp.285-296
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• 2020

Dams are important structures for management of water supply for irrigation or drinking, flood control, and electricity generation. In seismic regions, the structural safety of concrete gravity dams is important due to the high potential of life and economic loss if they fail. Therefore, the seismic analysis of existing dams in seismically active regions is crucial for predicting responses of dams to ground motions. In this paper, earthquake response of concrete gravity dams is investigated using the finite element (FE) method. The FE model accounts for dam-water-foundation rock interaction by considering compressible water, flexible foundation effects, and absorptive reservoir bottom materials. Several uncertainties regarding structural attributes of the dam and external actions are considered to obtain the fragility curves of the dam-water-foundation rock system. The structural uncertainties are sampled using the Latin Hypercube Sampling method. The Pine Flat Dam in the Central Valley of Fresno County, California, is selected to demonstrate the methodology for several limit states. The fragility curves for base sliding, and excessive deformation limit states are obtained by performing non-linear time history analyses. Tensile cracking including the complex state of stress that occurs in dams was also considered. Normal, Log-Normal and Weibull distribution types are considered as possible fits for fragility curves. It was found that the effect of the minimum principal stress on tensile strength is insignificant. It is also found that the probability of failure of tensile cracking is higher than that for base sliding of the dam. Furthermore, the loss of reservoir control is unlikely for a moderate earthquake.

• 한국지진공학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.27-38
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• 2001

반무한 호소의 동적 모델링을 위한 역학적 집중변수모델을 제안하였다. 깊이가 일정한 2차원 반무한 호소의 전달경계의 정해를 구하였다. 정해의 거동특성을 주파수 영역과 시간 영역에서 조사하였다. 고유진동수와 합성곱 적분의 핵함수인 베셀 함수의 모양 등과 같은 해의 주요 특성이 변하지 않도록 질량, 감쇠기, 스프링 계수를 구한다. 최종 집중 변수 모델은 각각의 고유값에 대해 2개의 질량, 1개의 스프링, 2개의 감쇠기로 구성된다. 적용 예제를 통하여 새로운 집중변수모델이 댐-호소계의 시간 영역 해석에 효율적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제20권4호
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• pp.389-403
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• 2005

In the present paper it is aimed to perform the stochastic dynamic analysis of fluid and fluidstructure systems by using the Lagrangian approach. For that reason, variable-number-nodes twodimensional isoparametric fluid finite elements are programmed in Fortran language by the authors and incorporated into a general-purpose computer program for stochastic dynamic analysis of structure systems, STOCAL. Formulation of the fluid elements includes the effects of compressible wave propagation and surface sloshing motion. For numerical example a rigid fluid tank and a dam-reservoir interaction system are selected and modeled by finite element method. Results obtained from the modal analysis are compared with the results of the analytical and numerical solutions. The Pacoima Dam record S16E component recorded during the San Fernando Earthquake in 1971 is used as a ground motion. The mean of maximum values of displacements and hydrodynamic pressures are compared with the deterministic analysis results.

• 한국지진공학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.11-22
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• 2010

이 논문에서는 댐-호소계의 선형 및 비선형 지진응답 해석을 시간영역에서 엄밀히 수행할 수 있는 해석법을 제시하였다. 댐-호소계는 (1) 선형 또는 비선형으로 거동하는 댐체와 (2) 깊이가 균일하다고 가정한 호소 원역 및 (3) 댐체와 호소 원역 사이 불규칙한 형상의 근역의 세가지 부구조물로 구성된 연계 시스템으로 정식화되었다. 댐체는 선형 또는 비선형 유한 요소로 모델링되고, 호소 원역은 무한 영역으로의 에너지 방사를 엄밀하게 표현할 수 있도록 주파수영역에서 개발된 변위기반 전달경계를 시간영역에서의 포갬적분으로 변환하여 시간증분법과 결합이 용이하게 하였다. 호소 근역을 댐체와 호소 원역이라는 두 개의 부구조물 사이에 저장된 압축성 유체로 모델링하였다. 이 논문에서는 세 개의 부구조물로 구성되는 댐-호소계에 대해 비선형 시간영역 해석을 용이하게 하는 시간증분법을 유도하여 제시하였고 개발된 해석법을 다양한 형상의 댐-호소계의 지진응답 해석에 적용하여 그 정확성을 검증하였다. 이에 추가하여 제시한 기법을 콘크리트 댐의 비선형 지진응답 해석에 적용하여 손상 정도와 부위를 해석 결과로서 보여주었으며 동시에 제시한 기법이 내진성능 평가 등 실무에 바로 활용될 수 있음을 입증하였다.

• Advances in concrete construction
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• 제6권3호
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• pp.269-283
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• 2018

This study presents the effects of geometrical dimensions of concrete gravity dams on the seismic response considering different base width/dam height (L/H) ratios. In the study, a concrete gravity dam with the height of 200 m is selected and finite element models of the dam are constituted including five different L/H ratios such as 0.25, 0.5, 0.75, 1.00, 1.25. All dams are modeled in ANSYS software considering dam-reservoir-foundation interaction. 1989 Loma Prieta earthquake records are applied to models in upstream-downstream direction and linear time history analyses are performed. Dynamic equilibrium equations of motions obtained from the finite element models of the coupled systems are solved by using Newmark time integration algorithm. The seismic response of the models is evaluated from analyses presenting natural frequencies, mode shapes, displacements and principal stresses. The results show that the L/H ratios considerably affect the seismic response of gravity dams. Also, the model where L/H ratio is 1.00 has more desirable results and most appropriate representation of the seismic response of gravity dams.

• 한국방재학회 논문집
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• 제2권3호
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• pp.109-117
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• 2002

저수지를 설계 및 계획함에 있어서 저수지의 설계수명 기간동안 예상되는 퇴사량을 위한 퇴사공간을 배분하는 것은 가장 중요한 절차중의 하나이다. 특히 퇴사공간의 배분과 관련된 해석 및 연구는 저수지 운영, 흐름의 수리학적 특성, 유입 유사량과 연관된 매우 다양한 변수들간의 상호작용으로 인하여 매우 복잡하고 쉽지 않은 문제이다. 퇴적물들의 공간적인 분포를 알아보기 위한 접근방법은 경험적인 방법에 의존하고 있으며 이와 같은 경험적인 방법의 적용은 대부분 실제의 퇴적현상을 엄청나게 단순화시켜야만 가능하다 본 연구에서는 소양강댐을 대상으로 하여 경험적면적감소법(Empirical Area Reduction Method)에 의해 저수지 퇴사량을 계산하고 계산된 결과를 실측자료와 비교하여 봄으로써 경험적면적감소법의 적용성을 알아보았으며 그 결과 매우 적용성이 우수한 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.427-435
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• 2021

환경시설물, 댐과 같은 유체를 저장하는 시설물을 대상으로 엄밀하게 지진 거동을 평가하기 위해서는 유체-구조물 상호작용을 고려한 해석이 필요하다. 특히, 댐-호소 계와 같이 상류 방향으로 무한 영역을 가지는 경우에는 이를 적절히 고려해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 댐-호소 계와 같은 반무한 유체 영역을 갖는 시스템을 대상으로 무한 영역의 파전파 해석 및 유체-구조물 상호작용 해석을 위한 실용적인 수치 모형을 제시하였다. 시간영역에 적용가능한 방법으로 정확하면서도 경계적인 해석이 가능하다. 무한 유체 영역에 대해서는 일반 acoustic finite element 대신 작은 개수의 mid-point integrated acoustic finite element를 적용하고 최종 경계에는 점성경계를 부과한다. 제안하는 방법의 유효성과 정확성을 검증하기 위해 강체 댐체를 가정한 반무한 호소계를 대상으로 적용하는 요소의 개수, 모델링 영역 크기 등을 매개변수로 해석해와 비교·검증하였다. 제안된 방법을 적용하여 댐-호소 계의 유체-구조물 상호작용을 부가질량을 사용하는 경우와 비교하였다.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제6권4호
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• pp.357-375
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• 2013

In this paper, the forced vibration problem of an Euler-Bernoulli beam that is joined with a semi-infinite field of a compressible fluid is considered as a boundary value problem (BVP). This BVP includes two partial differential equations (PDE) and some boundary conditions (BC), which are introduced comprehensively. After that, the closed-form solution of this fluid-structure interaction problem is obtained in the frequency domain. Some mathematical techniques are utilized, and two unknown functions of the BVP, including the beam displacement at each section and the fluid dynamic pressure at all points, are attained. These functions are expressed as an infinite series and evaluated quantitatively for a real example in the results section. In addition, finite element analysis is carried out for comparison.

• Advances in Computational Design
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• 제3권1호
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• pp.87-112
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• 2018

In this study, it is aimed to present engineering software to estimate the structural response of concrete arch dam. Type-1 concrete arch dam constructed in the laboratory is selected as a reference model. Finite element analyses and experimental measurements are conducted to show the accuracy of initial model. Dynamic analyses are carried out by spectrum analysis under empty reservoir case considering soil-structure interaction and fixed foundation condition. The displacements, principal stresses and strains are presented as an analysis results at all nodal points on downstream and upstream faces of dam body. It is seen from the analyses that there is not any specific ratio between prototype and scaled models for each nodal point with different scale values. So, dynamic analyses results cannot be generalized with a single formula. To eliminate this complexity, the regression analysis, which is a statistical method to obtain the real model results according to the prototype model by using fitting curves, is used. The regression analysis results are validated by numerical solutions using ANSYS software and the error percentages are examined. It is seen that 10% error rates are not exceeded.