This study aims to evaluate seismic performance of existing low and mid-rise reinforced concrete buildings by comparing their displacement capacities and displacement demands under selected ground motions experienced in Turkey as well as demand spectrum provided in 2007 Turkish Earthquake Code for design earthquake with 10% probability of exceedance in 50 years for soil class Z3. It should be noted that typical residential buildings are designed according to demand spectrum of 10% probability of exceedance in 50 years. Three RC building sets as 2-, 4- and 7-story, are selected to represent reference low-and mid-rise buildings located in the high seismicity region of Turkey. The selected buildings are typical beam-column RC frame buildings with no shear walls. The outcomes of detailed field and archive investigation including approximately 500 real residential RC buildings established building models to reflect existing building stock. Total of 72 3-D building models are constructed from the reference buildings to include the effects of some properties such as structural irregularities, concrete strength, seismic codes, structural deficiencies, transverse reinforcement detailing, and number of story on seismic performance of low and mid-rise RC buildings. Capacity curves of building sets are obtained by nonlinear static analyses conducted in two principal directions, resulting in 144 models. The inelastic dynamic characteristics are represented by "equivalent" Single-Degree-of- Freedom (ESDOF) systems using obtained capacity curves of buildings. Nonlinear time history analysis is used to estimate displacement demands of representative building models idealized with (ESDOF) systems subjected to the selected ground motion records from past earthquakes in Turkey. The results show that the significant number of pre-modern code 4- and 7-story buildings exceeds LS performance level while the modern code 4- and 7-story buildings have better performances. The findings obviously indicate the existence of destructive earthquakes especially for 4- and 7-story buildings. Significant improvements in the performance of the buildings per modern code are also obvious in the study. Almost one third of pre-modern code buildings is exceeding LS level during records in the past earthquakes. This observation also supports the building damages experienced in the past earthquake events in Turkey.
Sharma, Vijay;Shrimali, Mahendra K.;Bharti, Shiv D.;Datta, Tushar K.
Steel and Composite Structures
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v.34
no.5
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pp.625-641
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2020
The realistic modeling of the beam-column semi-rigid connection in steel frames attracted the attention of many researchers in the past for the seismic analysis of semi-rigid frames. Comparatively less studies have been made to investigate the behavior of steel frames with semi-rigid connections under different types of earthquake. Herein, the seismic behavior of semi-rigid steel frames is investigated under both far and near-field earthquakes. The semi-rigid connection is modeled by the multilinear plastic link element consisting of rotational springs. The kinematic hysteresis model is used to define the dynamic behavior of the rotational spring, describing the nonlinearity of the semi-rigid connection as defined in SAP2000. The nonlinear time history analysis (NTHA) is performed to obtain response time histories of the frame under scaled earthquakes at three PGA levels denoting the low, medium and high-level earthquakes. The other important parameters varied are the stiffness and strength parameters of the connections, defining the degree of semi-rigidity. For studying the behavior of the semi-rigid frame, a large number of seismic demand parameters are considered. The benchmark for comparison is taken as those of the corresponding rigid frame. Two different frames, namely, a five-story frame and a ten-story frame are considered as the numerical examples. It is shown that semi-rigid frames prove to be effective and beneficial in resisting the seismic forces for near-field earthquakes (PGA ≈ 0.2g), especially in reducing the base shear to a considerable extent for the moderate level of earthquake. Further, the semi-rigid frame with a relatively weaker beam and less connection stiffness may withstand a moderately strong earthquake without having much damage in the beams.
Nowadays computers can perform symbolic computations in addition to mere number crunching operations for which they were originally designed. Symbolic computation opens up exciting possibilities in Structural Mechanics and engineering. Classical areas have been increasingly neglected due to the advent of computers as well as general purpose finite element software. But now, classical analysis has reemerged as an attractive computer option due to the capabilities of symbolic computation. The repetitive cycles of simultaneous - equation sets required by the finite element technique can be eliminated by solving a single set in symbolic form, thus generating a truly closed-form solution. This consequently saves in data preparation, storage and execution time. The power of Symbolic computation is demonstrated by six examples by applying symbolic computation 1) to solve coupled shear wall 2) to generate beam element matrices 3) to find the natural frequency of a shear frame using transfer matrix method 4) to find the stresses of a plate subjected to in-plane loading using Levy's approach 5) to draw the influence surface for deflection of an isotropic plate simply supported on all sides 6) to get dynamic equilibrium equations from Lagrange equation. This paper also presents yet another computationally efficient and accurate numerical method which is based on the concept of derivative of a function expressed as a weighted linear sum of the function values at all the mesh points. Again this method is applied to solve the problems of 1) coupled shear wall 2) lateral buckling of thin-walled beams due to moment gradient 3) buckling of a column and 4) static and buckling analysis of circular plates of uniform or non-uniform thickness. The numerical results obtained are compared with those available in existing literature in order to verify their accuracy.
Maximum shear modulus of soil is a principal parameter for the design of earth structures under static and dynamic loads. In this study, the statistical data of maximum shear moduli of silty sands in Songdo area in the west coast of Korea evaluated by various field and laboratory tests - standard penetration test (SPT), cone penetration test (CPT), self-boring pressuremeter test (SBPT), downhole test (DH), seismic cone penetration test (SCPT) and resonant column test (RC) were analyzed. Based on the measurement of shear moduli using DH which is known as maximum value at very small strain, the new empirical correlations between shear moduli and SPT or CPT values were proposed. Predictions of maximum shear moduli using the proposed correlations were compared with the data obtained from DH. The good agreement confirmed that the proposed correlations reasonably predicted the maximum shear moduli of silty sands in the area.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.4
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pp.1555-1560
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2013
The Column type Motor Driven Power Steering(CMDPS) systems are generally equipped among passenger vehicles ensuring better vehicle safety and fuel economy. In general to analyze systems and to develop a controller a full vehicle model from CarSim developed by Mechanical Simulation Incorporation interacting with MDPS control algorithm from Matlab Simulink was concurrently simulated. This paper describes the development of concurrent simulation technique in detail for analyzing Matlab Simulink MDPS control system with a dynamic vehicle system because the specific method has not been revealed in detail. The steering wheel angle input was evaluated and well compared with proving ground experimental data. The comparisons from concurrent simulation show an effective way to develop and validate the control algorithm. This concurrent simulation capability will be efficiently used for CMDPS performance evaluation and logic tuning as well as for vehicle handling performance.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.19
no.2
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pp.197-215
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2015
Modeling water flow in variably saturated, porous media is important in many branches of science and engineering. Highly nonlinear relationships between water content and hydraulic conductivity and soil-water pressure result in very steep wetting fronts causing numerical problems. These include poor efficiency when modeling water infiltration into very dry porous media, and numerical oscillation near a steep wetting front. A one-dimensional finite element formulation is developed for the numerical simulation of variably saturated flow systems. First order backward Euler implicit and second order Crank-Nicolson time discretization schemes are adopted as a solution strategy in this formulation based on Picard and Newton iterative techniques. Five examples are used to investigate the numerical performance of two approaches and the different factors are highlighted that can affect their convergence and efficiency. The first test case deals with sharp moisture front that infiltrates into the soil column. It shows the capability of providing a mass-conservative behavior. Saturated conditions are not developed in the second test case. Involving of dry initial condition and steep wetting front are the main numerical complexity of the third test example. Fourth test case is a rapid infiltration of water from the surface, followed by a period of redistribution of the water due to the dynamic boundary condition. The last one-dimensional test case involves flow into a layered soil with variable initial conditions. The numerical results indicate that the Crank-Nicolson scheme is inefficient compared to fully implicit backward Euler scheme for the layered soil problem but offers same accuracy for the other homogeneous soil cases.
Progressive collapse is generally defined as a local failure of structural members occurring due to abnormal load which results in the partial collapse or total collapse of a structure. Unlike progressive collapse, explosive demolition is a method of inducing the total collapse of structure by removing all or portion of structural members. In explosive demolition the partial collapse of the structural members can be controlled at appropriate time intervals by blasting, to induce the progressive collapse of the structure and control the collapse behavior. In this study, a nonlinear dynamic analysis was carried out in order to apply the progressive collapse process to explosive demolition design of the RC structure. The occurrence of progressive collapse of analytical models was examined according to the number of floors, the removed column height and span length. For models that resisted progressive collapse, progressive collapse resisting capacity was evaluated.
No, Hee-Cheon;Yoon, Ho-Joon;Kim, Seung-Jun;Lee, Byeng-Jin;Kim, Ji-Hwang;Kim, Hyeun-Min;Lim, Hong-Sik
Nuclear Engineering and Technology
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v.41
no.7
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pp.875-884
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2009
We present three nuclear/hydrogen-related R&D activities being performed at KAIST: air-ingressed LOCA analysis code development, gas turbine analysis tool development, and hydrogen-production system analysis model development. The ICE numerical technique widely used for the safety analysis of water-reactors is successfully implemented into GAMMA, with which we solve the basic equations for continuity, momentum conservation, energy conservation of the gas mixture, and mass conservation of 6 species (He, N2, O2, CO, CO2, and H2O). GAMMA has been extensively validated using data from 14 test facilities. We developed a tool to predict the characteristics of HTGR helium turbines based on the throughflow calculation with a Newton-Raphson method that overcomes the weakness of the conventional method based on the successive iteration scheme. It is found that the current method reaches stable and quick convergence even under the off-normal condition with the same degree of accuracy. The dynamic equations for the distillation column of HI process are described with 4 material components involved in the HI process: H2O, HI, I2, H2. For the HI process we improved the Neumann model based on the NRTL (Non-Random Two-Liquid) model. The improved Neumann model predicted a total pressure with 8.6% maximum relative deviation from the data and 2.5% mean relative deviation, and liquid-liquid-separation with 9.52% maximum relative deviation from the data.
A mathematical model was developed to understand how the presence of plants affects vertical profiles of electron acceptors, their reduced species, and trace metals in the wetland sediments. The model accounted for biodegradation of organic matter utilizing sequential electron acceptors and subsequent chemical reactions using stoichiometric relationship. These biogeochemical reactions were affected by the combined effects of oxygen release and evapotranspiration driven by wetland plants. The measured data showed that $SO_4{^{2-}}$ concentrations increased at the beginning of the growing season and then gradually decreased. Based on the measured data, it was hypothesized that the limitation of the solid phase sulfide in direct contact with the roots may result in the gradual decrease of $SO_4{^{2-}}$ concentrations. With the dynamic formulation for the limitation of the solid phase sulfide, model simulated time variable sulfate profiles using published model parameters. Oxygen release from roots produced divalent metal species (i.e. $Cd^{2+}$) as well as oxidized sulfur species (i.e. $SO_4{^{2-}}$) in the sediment pore water. Evapotranspiration-induced advection increased flux of divalent metal species from the overlying water column into the rhizosphere. The increased divalent metal species were converted to the metal sulfide with sufficient FeS around the rhizosphere, which contributed to the decrease of bioavailability and toxicity of divalent metal activity in the pore water. Since the divalent metal activity is a good predictor of the metal bioavailability, this model with a proper simulation of solid phase sulfide plays an essential role to predict the dynamics of trace metals in the wetland sediments.
Kim, Chul-Sung;Lim, Jong-Sun;Baeg, Seung-Jae;Byun, Yong-Gwan
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.14
no.E
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pp.19-25
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1998
Adsorption characteristics of DMMP and IMPF were investigated using dynamic adsorption method. Adsorbate vapor was forced to Pass at fixed flow rate of 4 mg/I through Cu Cr impregnated activated carbon column at several different flow velocities until the effluent concentrations exceeded 4.0$\times$10$^{-5}$ mg/I. The kinetic adsorption capacity, adsorption kinetic constant, and critical bed weight of the activated carbon were determined for DMMP and IMPF vapors by plotting breakthrough time as a function of carbon weight. A mathematical expression was deduced from our experimental data to represent the relationships between kinetic adsorption capacity and flow velocity. According to our experimental results, the lifetime of DMMP was longer than that of IMPF under the same conditions. Their relationship can be expressed empirically as follows: Tb(DMMP) = 0.9825$\times$Tb(IMPF)-15.368
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[게시일 2004년 10월 1일]
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