Since there are several places located in active seismic zones in the world, serious damages and losses have happened due to major scaled earthquakes. Especially, structures having different irregularities have been severely damaged or collapsed during these seismic events. Behavior of existing structures under several loading conditions is not completely determined due to some uncertainties. This situation reveals the importance of design and analysis of structures under seismic effects. Several non-linear static procedures have been developed in recent years. Determination of the seismic safety of the existing structures and strengthening techniques are significant civil engineering problems Non-linear methods are defined in codes to determine the performance levels of structures more accurately. However, displacement based ones give more realistic results. These methods provide more reliable evaluation possibilities for existing structures with developing computer technology. In this study, non-linear performance analysis of existing and strengthened steel structures by X shaped bracing members with 3, 5 and 7 stories which have soft story irregularity is performed according to FEMA-356 and Turkish Earthquake Code-2007. Damage ratios of the structural members and global performance levels are determined as well as modal properties and story drift ratios after non-linear finite elements analysis for each structure.
Seismic structural fragility constitutes an important step for performance based seismic design. Lateral load-resisting structural members are often analyzed under one component base excitation, while the effect of bi-directional shaking is accounted per simplified rules. Fragility curves are constructed herein under real bi-directional excitation by a simple extension of the conventional Incremental Dynamic Analysis (IDA) under uni-directional shaking. Simple SODF systems, parametrically adjusted to different periods, are examined under a set of near-fault and far-fault excitations. Consideration of bi-directional interaction appears important for stiff systems. Further, the study indicates that the peak ground accelertaion, velocity and displacement (PGA, PGV and PGD) of accelerogram are relatively stable and efficient intensity measures for short, medium and long period systems respectively. '30%' combination rule seems to reasonably predict the fragility under bi-directional shaking at least for first mode dominated systems dealt herein up to a limit state of damage control.
Floor acceleration plays a major role in the seismic design of nonstructural components and equipment supported by structures. Large floor acceleration may cause structural damage to or even collapse of buildings. For precision instruments in high-tech factories, even small floor accelerations can cause considerable damage in this study. Six P-wave parameters, namely the peak measurement of acceleration, peak measurement of velocity, peak measurement of displacement, effective predominant period, integral of squared velocity, and cumulative absolute velocity, were estimated from the first 3 s of a vertical ground acceleration time history. Subsequently, a new predictive algorithm was developed, which utilizes the aforementioned parameters with the floor height and fundamental period of the structure as the new inputs of a support vector regression model. Representative earthquakes, which were recorded by the Structure Strong Earthquake Monitoring System of the Central Weather Bureau in Taiwan from 1992 to 2016, were used to construct the support vector regression model for predicting the peak floor acceleration (PFA) of each floor. The results indicated that the accuracy of the predicted PFA, which was defined as a PFA within a one-level difference from the measured PFA on Taiwan's seismic intensity scale, was 96.96%. The proposed system can be integrated into the existing earthquake early warning system to provide complete protection to life and the economy.
Khalid, Muhammad Irslan;Pervaiz, Usman;Park, Duhee
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.22
no.7
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pp.5-12
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2021
The reliable seismic stability evaluation of the natural slopes and geotechnical structures has become a critical factor of the design. Pseudo-static or permanent displacement methods are typically employed to evaluate the seismic slope performance. In both methods, the effect of input ground motion on the sliding surface is ignored, and failure surface from the limit equilibrium method is used. For the assessment of the seismic sensitivity of failure surface, two-dimensional non-linear finite element analyses are performed. The performance of the finite element model was validated against centrifuge measurements. A parametric study with a range of input ground motion was performed, and numerical results were used to assess the influence of ground motion characteristics on the sliding surface. Based on the results, it is demonstrated that the characteristics of input ground motion have a significant influence on the location of the seismically induce failure surface. In addition to dynamic analysis, pseudo-static analyses were performed to evaluate the discrepancy. It is observed that sliding surfaces developed from pseudo-static and dynamic analyses are different. The location of the failure surface change with the amplitude and Tm of motion. Therefore, it is recommended to determine failure surfaces from dynamic analysis
To estimate the structural seismic demand, some methods are based on an equivalent linear system such as the Capacity Spectrum Method, the N2 method and the Equivalent Linearization method. Another category, widely investigated, is based on displacement correction such as the Displacement Coefficient Method and the Coefficient Method. Its basic concept consists in converting the elastic linear displacement of an equivalent Single Degree of Freedom system (SDOF) into a corresponding inelastic displacement. It relies on adequate modifying or reduction coefficient such as the inelastic deformation ratio which is usually developed for systems with known ductility factors ($C_{\mu}$) and ($C_R$) for known yield-strength reduction factor. The present paper proposes a rational approach which estimates this inelastic deformation ratio for SDOF bilinear systems by rigorous nonlinear analysis. It proposes a new inelastic deformation ratio which unifies and combines both $C_{\mu}$ and $C_R$ effects. It is defined by the ratio between the inelastic and elastic maximum lateral displacement demands. Three options are investigated in order to express the inelastic response spectra in terms of: ductility demand, yield strength reduction factor, and inelastic deformation ratio which depends on the period, the post-to-preyield stiffness ratio, the yield strength and the peak ground acceleration. This new inelastic deformation ratio ($C_{\eta}$) is describes the response spectra and is related to the capacity curve (pushover curve): normalized yield strength coefficient (${\eta}$), post-to-preyield stiffness ratio (${\alpha}$), natural period (T), peak ductility factor (${\mu}$), and the yield strength reduction factor ($R_y$). For illustrative purposes, instantaneous ductility demand and yield strength reduction factor for a SDOF system subject to various recorded motions (El-Centro 1940 (N/S), Boumerdes: Algeria 2003). The method accuracy is investigated and compared to classical formulations, for various hysteretic models and values of the normalized yield strength coefficient (${\eta}$), post-to-preyield stiffness ratio (${\alpha}$), and natural period (T). Though the ductility demand and yield strength reduction factor differ greatly for some given T and ${\eta}$ ranges, they remain take close when ${\eta}>1$, whereas they are equal to 1 for periods $T{\geq}1s$.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.2
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pp.59-67
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2006
The aim of this study is to evaluate the design table for envelope curve analysis of base isolated buildings, which represent the period of base isolated buildings and the lateral displacement of base isolation devices. For the construction of design table, $V_E$ spectrum, which represents the energy, is developed instead of acceleration of seismic hazard. Based on the seismic coefficient of UBC 97, boundary period $T_G$ and maximum velocity response $V_0$ are proposed considering Korea seismic hazard. Using $T_G$ and $V_0$, finally, $V_E$ spectrum is developed for the four types of soil conditions. Base on the $V_E$ spectrum, design table for envelope curve analysis is also developed for soil types.
Ann, Ho-June;Song, Sang-Geun;Min, Dae-Hong;An, Sang-Mi;Kong, Jung-Sik
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.5
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pp.397-403
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2016
During the rapid economic growth in Korea since the 1970s, many underground facilities were constructed such as under passes and railways. Seismic design has been mandated in 1988, but the structures built before 1988 were not reflected on the seismic design. Accordingly, these underground structures require effective seismic reinforcing methods to ensure safety when the earthquake happens. By these reasons, in this study, using the proposed pre-flexed members, RC box structure was analyzed for seismic reinforcement of the corner. This method is based on a principle that enlarging the resistance against the external force by installing the pre-flexed member to the box structure corner. To evaluate validity, a newly developed member with CornerSafe was compared with traditional type reinforcement using experiments and finite element analysis. In finite element mode, nonlinearity of steel was modeled based on J2 plasticity model and concrete was based on CEB FIP MODEL CODE 1990. Also, composite ratios of box and pre-flexed member were computed for design application. The reinforcement and box structure were analyzed under the bond condition completely attached by the tie, and the results of experiment and finite element analysis were same in the force-displacement curve.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.83-91
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2021
In this study, to improve the connection performance between the existing reinforced concrete (R/C) frame and the strengthening member, we proposed a new H-section steel frame with elastic pad (HSFEP) system for seismic rehabilitation of existing medium-to-low-rise reinforced concrete (R/C) buildings. This HSFEP strengthening system exhibits an excellent connection performance because an elastic pad is installed between the existing structure and reinforcing frame. The method shows a strength design approach implemented via retrofitting, to easily increase the ultimate lateral load capacity of R/C buildings lacking seismic data, which exhibit shear failure mechanism. Two full-size two-story R/C frame specimens were designed based on an existing R/C building in Korea lacking seismic data, and then strengthened using the HSFEP system; thus, one control specimen and one specimen strengthened with the HSFEP system were used. Pseudodynamic tests were conducted to verify the effects of seismic retrofitting, and the earthquake response behavior with use of the proposed method, in terms of the maximum response strength, response displacement, and degree of earthquake damage compared with the control R/C frame. Test results revealed that the proposed HSFEP strengthening method, internally applied to the R/C frame, effectively increased the lateral ultimate strength, resulting in reduced response displacement of R/C structures under large scale earthquake conditions.
In the last decades, valuable results have been reported regarding conventional passive, active, semi-active, and hybrid structural control systems on two-dimensional and a few three-dimensional shear buildings. In this research, using a three-dimensional finite element model of high-rise concrete structures, designed by performance based plastic design method, it was attempted to construct a relatively close to reality model of concrete structures equipped with Tuned Mass Damper (TMD) by considering the effect of soil-structure interaction (SSI), torsion effect, hysteresis behavior and cracking effect of concrete. In contrast to previous studies which have focused mainly on linearly designed structures, in this study, using performance-based plastic design (PBPD) design approach, nonlinear behavior of the structures was considered from the beginning of the design stage. Inelastic time history analysis on a detailed model of twenty-story concrete structure was performed under a far-field ground motion record set. The seismic responses of the structure by considering SSI effect are studied by eight main objective functions that are related to the performance of the structure, containing: lateral displacement, acceleration, inter-story drift, plastic energy dissipation, shear force, number of plastic hinges, local plastic energy and rotation of plastic hinges. The tuning problem of TMD based on tuned mass spectra is set by considering five of the eight previously described functions. Results reveal that the structural damage distribution range is retracted and inter-story drift distribution in height of the structure is more uniform. It is strongly suggested to consider the effect of SSI in structural design and analysis.
Ahn, Choong Weon;Min, Chan Gi;Noh, Eun Choul;Han, Hong Soo;Kim, Tae Wan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.4
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pp.183-194
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2015
In this paper, Nonlinear Static Pushover analysis method(NSP) is proposed which apply to RC buildings reinforced by external retrofit for seismic performance. Based on previous analysis and research, NSP is more developed by connection nonlinearity according to shear resistance mechanism such as dowel and adhesive resistance as major shear resistance elements. According to the proposed method, structural analysis for example buildings was carried out to evaluate seismic performance of buildings. And, it was confirmed that depending on shear strain and characteristics of joint resistant of external retrofitting are different from internal retrofitting. Furthermore, the strength reduction coefficient of the anchor needs to be considered at the joint design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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