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.
This study focuses on the influence of strong ground motion duration on the response and collapse probability of reinforced concrete walls with a predominant response in flexure. Walls with different height and mass were used to account for a broad spectrum of configurations and fundamental periods. The walls were designed following the specifications of the Chilean design code. Non-linear models of the reinforced concrete walls using a distributed plasticity approach were performed in OpenSees and calibrated with experimental data. Special attention was put on modeling strength and stiffness degradation. The effect of duration was isolated using spectrally equivalent ground motions of long and short duration. In order to assess the behavior of the RC shear walls, incremental dynamic analyses (IDA) were performed, and fragility curves were obtained using cumulative and non-cumulative engineering demand parameters. The spectral acceleration at the fundamental period of the wall was used as the intensity measure (IM) for the IDAs. The results show that the long duration ground motion set decreases the average collapse capacity in walls of medium and long periods compared to the results using the short duration set. Also, it was found that a lower median intensity is required to achieve moderate damage states in the same medium and long period wall models. Finally, strength and stiffness degradation are important modelling parameters and if they are not included, the damage in reinforced concrete walls may be greatly underestimated.
In this study, the seismic performance of skewed highway bridges has been assessed by using fragility function methodology. Incremental Dynamic Analysis (IDA) has been used to prepare complete information about the different damage states of a 30 degree skewed highway bridge. A three dimensional model of a skewed highway bridge is presented and incremental dynamic analysis has been applied. The details of the full nonlinear procedures have also been presented. Different spectral intensity measures are studied and the effects of the period on the fragility curves are shown in different figures. The efficiency, practicality and proficiency of these different spectral intensity measures are compared. A suite of 20 earthquake ground motions are considered for nonlinear time history analysis. It has been shown that, considering different intensity measures (IM) leads us to overestimate or low estimate the damage probability which has been discussed completely.
Different incident angles of ground motions have been considered to evaluate the relationship between floor rotation and torsional irregularity coefficient. The issues specifically addressed are (1) variability in torsional irregularity coefficient and floor rotations with varying incident angles of ground motion (2) contradictory relationship between floor rotation and torsional irregularity coefficient. To explore the stated issues, an evaluation based on relative variation in seismic response quantities of linear asymmetric structure under the influence of horizontal bi-directional excitation with varying seismic orientations has been carried out using response history analysis. Several typical earthquake records are applied to the structure to demonstrate the relative variations of floor rotation and torsional irregularity coefficient for different seismic orientations. It is demonstrated that (1) Torsional irregularity coefficient (TIC) increases as the story number decreases when the ground motion is considered along reference axes of the structure. For incident angles other than structure's reference axes, TIC either decreases as the story number decreases or there is no specific trend for TIC. Floor rotation increases in proportion to the story number when the ground motion is considered along reference axes of structure. For incident angles other than structure's reference axes, floor rotation either decreases as the story number increases or there is no specific trend for floor rotation and (2) TIC and floor rotation seems to be approximately inversely proportional to each other when the ground motion is considered along reference axes of the structure. For incident angles other than structure's reference axes, the relationship can even become directly proportional instead of inversely proportional.
Investigations has shown that the correct estimation of the effective amplification period is as important as the amplification value itself. It gets more important in 2D basins. This study presents a quantitative coefficient for consideration of the nonlinearity effect in terms of amplification value and the shift in its period which is missing or ineffectively considered in the previous studies. To attain this goal, by the application of a time domain fully nonlinear method, the deviation of the more common equivalent linear results from the basin nonlinear behavior under strong ground motions is investigated quantitatively. Also, despite the increase in the damping ratio, the possibility of the increase in the amplification due to the increase in motion strength is shown. To make the results useful in engineering practice, by introducing nonlinearity ratio, the effect of the nonlinearity is quantitatively estimated for two soft and stiff clayey basins with three different depths under a set of motions scaled to two target spectrum. Results show that at the 100 m depth soft clayey basin, while the nonlinearity ratio shows a 35% deviation at the basin edge part under DD1 motion level, its effect moves to the central part with 20% effect under DD3 motion level. By the increase in depth to 150 m, the results show a decrease in the overall effect of the nonlinear behavior for both clay types. At this depth, the nonlinearity ratio gives a 30% and 17% difference on a limited distance from outcrop at the soft clayey basin under DD1 and DD3 motion levels, respectively. At the 30 m depth basins, the nonlinearity ratio shows up to 25% difference for different cases. The presented ratio would be introduced as nonlinearity coefficients for consideration of the nonlinearity effects in the codes. The presented quantitative margins will help the designer to have a better understanding of the amplification period change because of nonlinearity over 2D basin surface.
This article presents a computationally efficient framework for multi-objective seismic design optimization of steel moment-resisting frame (MRF) structures based on the nonlinear dynamic analysis procedure. This framework employs the uniform damage distribution philosophy to minimize the weight (initial cost) of the structure at different levels of damage. The preliminary framework was recently proposed by the authors based on the single excitation and the nonlinear static (pushover) analysis procedure, in which the effects of record-to-record variability as well as higher-order vibration modes were neglected. The present study investigates the reliability of the previous framework by extending the proposed algorithm using the nonlinear dynamic design procedure (optimization under multiple ground motions). Three benchmark structures, including 4-, 8-, and 12-story steel MRFs, representing the behavior of low-, mid-, and high-rise buildings, are utilized to evaluate the proposed framework. The total weight of the structure and the maximum inter-story drift ratio (IDRmax) resulting from the average response of the structure to a set of seven ground motion records are considered as two conflicting objectives for the optimization problem and are simultaneously minimized. The results of this study indicate that the optimization under several ground motions leads to almost similar outcomes in terms of optimization objectives to those are obtained from optimization under pushover analysis. However, investigation of optimal designs under a suite of 22 earthquake records reveals that the damage distribution in buildings designed by the nonlinear dynamic-based procedure is closer to the uniform distribution (desired target during the optimization process) compared to those designed according to the pushover procedure.
Masoomeh Naraghi;S. Mohammad Mirhosseini;Hossein Rahami;Abdolreza S. Moghadam
Steel and Composite Structures
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v.53
no.2
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pp.155-167
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2024
Identifying the location of earthquake-induced damage in buildings and mitigating its impact, especially in low-damage systems such as rocking frames, is a significant challenge for structural engineers. Therefore, it is crucial to investigate the sensitivity and type of damage of buildings exposed to severe earthquakes to concentrate damage in predefined locations that can be repaired easily. This paper explores the seismic responses of a Self-Centering Rocking Steel Braced Frame (SCR-SBF) under far-field and near-field ground motions. This earthquake-resistant system includes components such as post-tensioning cables to provide frame self-centering, eliminate residual drift in the system, and replaceable fuses to concentrate the earthquake-induced damage. While previous studies have examined far and near-field earthquakes, their comparative influence on the seismic behavior of structures with a rocking system remains unexplored. This paper presents a novel investigation into the sensitivity of SCR-SBF structures to far and near-field earthquakes. Considering the critical effects of shock and impulse loads on rocking systems, the study aims to assess the effects of near-field earthquakes and compare them to far-field earthquakes on these systems. For this purpose, different response parameters have been calculated under records of far- and near-field earthquakes at three specific ground acceleration levels by incremental nonlinear dynamic analysis. Additionally, the seismic behavior of the SCR-SBF and Steel-Braced Frame (SBF) are compared for near and far-field ground motions. The results show that SCR-SBF systems have better resilience and reduced local failures compared to SBF systems under far and near-field earthquakes, requiring tailored design strategies.
Fuzzy logic based control has recently been proposed for regulating the properties of magnetorheological (MR) dampers in an effort to reduce vibrations of structures subjected to seismic excitations. So far, most studies showing the effectiveness of these algorithms have focused on the use of a single MR damper. Because multiple dampers would be needed in practical applications, this study aims to evaluate the effects of multiple individually tuned fuzzy-controlled MR dampers in reducing responses of a multi-degree-of-freedom structure subjected to seismic motions. Two different fuzzy-control algorithms are considered, a traditional controller where all parameters are kept constant, and a gain-scheduling control strategy. Different damper placement configurations are also considered, as are different numbers of MR dampers. To determine the robustness of the fuzzy controllers developed to changes in ground excitation, the structure selected is subjected to different earthquake records. Responses analyzed include peak and root mean square displacements, accelerations, and interstory drifts. Results obtained with the fuzzy-based control schemes are compared to passive control strategies.
Balic, Ivan;Zivaljic, Nikolina;Smoljanovic, Hrvoje;Trogrlic, Boris
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.2
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pp.243-257
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2016
The aim of this study is to investigate the seismic resistance of dry stone arches under in-plane seismic loading. For that purpose, several numerical analyses were performed using the combined finite-discrete element method (FDEM). Twelve types of arches with different ratios of a rise at the mid-span to the span, different thicknesses of stone blocks and different numbers of stone blocks in the arch were subjected to an incremental dynamic analysis based on excitation from three real horizontal and vertical ground motions. The minimum value of the failure peak ground acceleration that caused the collapse of the arch was adopted as a measure of the seismic resistance. In this study, the collapse mechanisms of each type of stone arch, as well as the influence of the geometry of stone blocks and stone arches on the seismic resistance of structures were observed. The conclusions obtained on the basis of the performed numerical analyses can be used as guidelines for the design of dry stone arches.
Bingöl, a city in eastern Türkiye, is located at a very close distance to the Karlıova Region which is a junction point of the North Anatolian Fault Zone and Eastern Anatolian Fault Zone. By bilateral step over of North Anatolian Fault Zone and Eastern Anatolian Fault Zone each other there occurred NorthWest-SouthEast extended right-lateral and NorthEast-SouthWest extended left-lateral fault zones. In this paper, a typical school building located in Bingöl Çeltiksuyu was selected as the case study. Information on the school building and Bingöl Earthquake (2003) have been given in the paper. This study aimed to determine the fragility curves of the school building according to HAZUS 2022, Turkish Seismic Codes 1998, 2007 and 2018. These codes have been introduced in terms of damage limits. Incremental dynamic analysis is a parametric analysis method that has recently emerged in several different forms to estimate more thoroughly structural performance under seismic loads. Fragility analysis is commonly using to estimate the damage probability of buildings. Incremental Dynamic Analysis have performed, and 1295 Incremental Dynamic Analysis output was evaluated to obtain fragility curves. 20 different ground motion records have been selected with magnitudes between 5.6M and 7.6M. Scaling factors of these ground motions were selected between 0.1g and 2g. Comparison has been made between HAZUS 2022 and Turkish Seismic Codes 1998, 2007 and 2018 in terms of damage states and how they affected fragility curves. TSC 1998 has more conservative strictions along with TSC 2018 than TSC2007 and HAZUS moderate and extensive damage limits.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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