Nonlinear seismic performances of code designed Perforated Steel Plate Shear Walls (P-SPSW) were studied. Three multi-storey (4-, 8-, and 12-storey) P-SPSWs were designed according to Canadian seismic provisions and their performance was evaluated using time history analysis for ground motions compatible with Vancouver response spectrum. The selected code designed P-SPSWs exhibited excellent seismic performance with high ductility and strength. The current code equation was found to provide a good estimation of the shear strength of the perforated infill plate, especially when the infill plate is yielded. The applicability of the strip model, originally proposed for solid infill plate, was also evaluated for P-SPSW and two different strip models were studied. It was observed that the strip model with strip widths equal to center to center diagonal distance between each perforation line could reasonably predict the inelastic behavior of unstiffened P-SPSWs. The strip model slightly underestimated the initial stiffness; however, the ultimate strength was predicted well. Furthermore, applicability of simple shear-flexure beam model for determination of fundamental periods of P-SPSWs was studied.
The velocity horizontal response spectra using the observed ground motions from the recent 5 macro earthquakes, equal to or larger than 4.8 in magnitude, around Korean Peninsula were analysed and then were compared to the acceleration horizontal response spectra, seismic design response spectra (Reg Guide 1.60), applied to the domestic nuclear power plants, and finally the Korean Standard Design Response Spectrum for general structures and buildings. 102 velocity horizontal ground motions, including NS and EW components, were used for velocity horizontal response spectra and then normalized with respect to the peak velocity value of each ground motion. First, the results showed that velocity horizontal response spectra have larger values at the range of medium natural period, but acceleration horizontal response spectra have larger values at the range of short natural periods. Secondly, the results also showed that velocity horizontal response spectra exceed Reg. Guide 1.60 for longer natural periods bands less than 6-7 Hz. Finally, the results were also compared to the Korean Standard Response Spectrum for the 3 different soil types(SC, SD, and SE soil type) and showed that velocity horizontal response spectra revealed much higher values for the frequency bands below 1.5(SC), 2.0(SD), and 3.0(SE) seconds, respectively, than the Korean Standard Response Spectrum. The results suggest that the fact that acceleration, velocity, and displacement horizontal response spectra have larger values at the range of short, medium, and long natural periods, respectively, can be applied consistently to those form domestic ground motion, especially, the velocity ground motion. Information on response spectrum at such medium range periods can be very important since the domestic design of buildings and structures emphasizes recently medium and long natural periods than short one due to increased super high-rise buildings.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.1
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pp.63-72
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2020
The purpose of this study is to investigate the effects of the application of various numerical models and frequency contents of earthquakes on the performances of the reactor containment building (RCB) in a nuclear power plant (NPP) equipped with an advanced power reactor 1400. Two kinds of numerical models are developed to perform time-history analyses: a lumped-mass stick model (LMSM) and a full three-dimensional finite element model (3D FEM). The LMSM is constructed in SAP2000 using conventional beam elements with concentrated masses, whereas the 3D FEM is built in ANSYS using solid elements. Two groups of ground motions considering low- and high-frequency contents are applied in time-history analyses. The low-frequency motions are created by matching their response spectra with the Nuclear Regulatory Commission 1.60 design spectrum, whereas the high-frequency motions are artificially generated with a high-frequency range from 10Hz to 100Hz. Seismic responses are measured in terms of floor response spectra (FRS) at the various elevations of the RCB. The numerical results show that the FRS of the structure under low-frequency motions for two numerical models are highly matched. However, under high-frequency motions, the FRS obtained by the LMSM at a high natural frequency range are significantly different from those of the 3D FEM, and the largest difference is found at the lower elevation of the RCB. By assuming that the 3D FEM approximates responses of the structure accurately, it can be concluded that the LMSM produces a moderate discrepancy at the high-frequency range of the FRS of the RCB.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.1
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pp.217-223
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2019
In this study, the acceleration changes of the surrounding ground when crushed stones were installed in a strip-type were analyzed using the 1-G shaking table test. The ground was constructed from clay, and the foundation was installed using crushed stone of strip-type form. The response acceleration and response spectrum for various input seismic motions were analyzed. The change in acceleration was examined according to the adjacent distance to the strip-type crushed stone foundation. In the Hachinohe seismic motion results, there was no significant decrease in acceleration, but the maximum response acceleration for the two seismic motions was inversely proportional to the distance from the crushed stone foundation. As a result of the response spectrum analysis, the attenuation period in the long period and the short period input wave were different from each other, and the change in response spectrum affected the maximum acceleration value. As the distance from the crushed stone foundation was increased, the attenuation was larger in the period between 0.08 and 0.5 sec in the Hachinohe seismic motion, the attenuation was larger in the period of less than 0.2 seconds in the Northridge seismic motion.
This paper presents a systematic approach for estimating fragility curves and damage probability matrices for different frequencies. Fragility curves and damage probability indicate the probabilities that a structure will sustain different degrees of damage at different ground motion levels. The seismic damages are to achieved by probabilistic evaluation because of uncertainty of earthquakes. In contrast to previous approaches, this paper presents a method that is based on nonlinear dynamic analysis of the structure using empirical data. This paper presents the probability of damage as a function of peak ground acceleration and estimates the probability of five damage levels for prestressed concrete (PSC) bridge pier subjected to given ground acceleration. At each level, 100 artificial earthquake motions were generated in terms of soil conditions, and nonlinear time domain analyses was performed for the damage states of PSC bridge pier structures. These damage states are described by displacement ductility resulting from seismic performance based on existing research results. Using the damage states and ground motion parameters, five fragility curves for PSC bridge pier with five types of dominant frequencies were constructed assuming a log-normal distribution. The effect of dominant frequences was found to be significant on fragility curves.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.3
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pp.31-38
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2010
The purpose of this study is to evaluate the seismic performance of gravity-designed post tensioned (PT) flat plate frames with and without slab bottom reinforcement passing through the column. In low and moderate seismic regions, buildings are often designed considering only gravity loads. This study focuses on the seismic performance of gravity load designed PT flat plate frames. For this purpose, 3-, 6- and 9-story PT flat plate frames are designed considering only gravity loads. For reinforced concrete flat plate frames, continuous slab bottom reinforcement (integrity reinforcement) passing through the column should be placed to prevent progressive collapse; however, for the PT flat plate frames, the slab bottom reinforcement is often omitted since the requirement for the slab bottom reinforcement for PT flat plates is not clearly specified in ACI 318-08. This study evaluates the seismic performance of the model frames, which was evaluated by conducting nonlinear time history analyses. For conducting nonlinear time history analyses, six sets of ground motions are used as input ground motions, which represent two different hazard levels (return periods of 475 and 2475 years) and three different locations (Boston, Seattle, and L.A.). This study shows that gravity designed PT flat plate frames have some seismic resistance. In addition, the seismic performance of PT flat plate frames is significantly improved by the placement of slab bottom reinforcement passing through the column.
During recent earthquakes, a significant number of concrete structures suffered extensive damage. Conventional reinforced concrete structures are designed for life-time safety that may see permanent inelastic deformation after severe earthquakes. Hence, there is a need to utilize adequate materials that have the ability to tolerate large deformation and get back to their original shape. Super-elastic shape memory alloy (SMA) is a smart material with unique properties, such as the ability to regain undeformed shape by unloading or heating. In this research, four different stories (three, five, seven and nine) of reinforced concrete (RC) buildings have been studied and subjected to near-field ground motions. For each building, two different types of reinforcement detailing are considered, including (1) conventional steel reinforcement (RC frame) and (2) steel-SMA reinforcement (SMA RC frame), with SMA bars being used at plastic zones of beams and steel bars in other regions. Nonlinear time history analyses have been performed by "SeismoStruct" finite element software. The results indicate that the application of SMA materials in plastic hinge regions of the beams lead to reduction of the residual displacement and consequently post-earthquake repairs. In general, it can be said that shape memory alloy materials reduce structural damage and retrofit costs.
According to the characteristics of continuous beam bridges, the relative displacement is too large to collision or even girder falling under earthquakes. A device named Cable-sliding Modular Expansion Joints(CMEJs) that can control the relative displacement and avoid collision under different ground motions is proposed. Working principle and mechanical model is described. This paper design the CMEJs, establish the restoring force model, verify the force model of this device by the pseudo-static tests, and describe and analyze results of the tests, and then based on a triple continuous beam bridge that has different heights of piers, a 3D model with or without CMEJs were established under Conventional System (CS) and Seismic Isolation System (SIS). The results show that this device can control the relative displacement and avoid collisions. The combination of isolation technology and CMEJs can be more effective to achieve both functions, but it need to take measures to prevent girder falling due to the displacement between pier and beam under large earthquakes.
Superstructures and isolation systems of seismically isolated buildings located close to active faults may observe increased seismic demands resulting from long-period and high-amplitude velocity and displacement pulses existent in near-fault ground motions as their fundamental periods may be close to or coincident with these near-fault pulse periods. In order to take these effects into account, the 1997 Uniform Building Code (UBC97) has specified near-source factors that scale up the design spectrum depending on the closest distance to the fault, the soil type at the site, and the properties of the seismic source. Although UBC97 has been superseded by the 2015 International Building Code in the U.S.A., UBC97 near-source factors are still frequently referred in the design of seismically isolated buildings around the world. Therefore it is deemed necessary and thus set as the aim of this study to assess the necessity and the adequacy of near-source factors for seismically isolated buildings. Benchmark buildings of different heights with isolation systems of different properties are used in comparing seismic responses obtained via time history analyses using a large number of historical earthquakes with those obtained from spectral analyses using the amplified spectrums established through UBC97 near-source factors. Results show that near-source factors are necessary but inadequate for superstructure responses and somewhat unconservative for base displacement response.
Lakhade, Suraj O.;Kumar, Ratnesh;Jaiswal, mprakash R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.6
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pp.587-601
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2018
Elevated water tanks are inverted pendulum type structures where drift limit is an important criterion for seismic design and performance evaluation. Explicit drift criteria for elevated water tanks are not available in the literature. In this study, probabilistic approach is used to determine maximum drift limit for damage state of yielding and damage state of collapse for the elevated water tanks supported on RC frame staging. The two damage states are defined using results of incremental dynamic analysis wherein a total of 2160 nonlinear time history analyses are performed using twelve artificial spectrum compatible ground motions. Analytical fragility curves are developed using two-parameter lognormal distribution. The maximum allowable drifts corresponding to yield and collapse level requirements are estimated for different tank capacities. Finally, a single fragility curve is developed which provides maximum drift values for the different probability of damage. Further, for rational consideration of the uncertainties in design, three confidence levels are selected and corresponding drift limits for damage states of yielding and collapse are proposed. These values of maximum drift can be used in performance-based seismic design for a particular damage state depending on the level of confidence.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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