In this research, an earthquake-resistant structural system consisting of a pin-connected steel frame and a bracing with metallic fuses is proposed. Contrary to the conventional braced frames, the main structural elements are deemed to remain elastic under earthquakes and the seismic energy is efficiently dissipated by the damper-braces with an amplification mechanism. The superiority of the proposed damping system lies in easy manufacture, high yield capacity and energy dissipation, and an effortless replacement of damaged fuses after earthquake events. Furthermore, the stiffness and the yield capacity are almost decoupled in the proposed damper-brace which makes it highly versatile for performance-based seismic design compared to most other dampers. A special attention is paid to derive the theoretical formulation for nonlinear behavior of the proposed damper-brace, which is verified using analytical results. Next, a direct displacement-based design procedure is provided for the proposed system and an example structure is designed and analyzed thoroughly to check its seismic performance. The results show that the proposed system designed with the provided procedure satisfies the given performance objective and can be used for developing highly efficient low-damage structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.4
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pp.171-180
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2023
This study proposed a seismic reinforcement of RC columns with non-seismic details, a fiber reinforcement method of aramid sheets and MLCP (high elasticity aromatic polyester fiber material) with different characteristics, and 4 full-size column specimens and conducted experiments. The results show that a non-seismic specimen (RC-Orig) rapidly lost its load-bearing capacity after reaching the maximum load, and shear failure occurred. The RC column reinforced with three types of aramid did not show an apparent increase in strength compared to the unreinforced specimen but showed a ductile behavior supporting the load while receiving a lateral displacement at least 1.57 to 1.95 times higher than the unreinforced specimen. The fracture mode of the specimen, according to the application of lateral load, also changed from shear to ductile fracture through aramid-based reinforcement. In addition, when examining the energy dissipation ability of the reinforced specimens, a ductile behavior dissipating seismic energy performed 4 times greater and more stably than the existing specimens.
After the Tohoku earthquake and tsunami (Japan, 2011), regulatory efforts to mitigate external hazards have increased both the safety requirements and the total capital cost of nuclear power plants (NPPs). In these circumstances, identifying not only disaster robustness but also cost-effective capacity setting of NPPs has become one of the most important tasks for the nuclear power industry. A few studies have been performed to relocate the seismic capacity of NPPs, yet the effects of multiple hazards have not been accounted for in NPP capacity optimization. The major challenges in extending this problem to the multihazard dimension are (1) the high computational costs for both multihazard risk quantification and system-level optimization and (2) the lack of capital cost databases of NPPs. To resolve these issues, this paper proposes an effective method that identifies the optimal multihazard capacity of NPPs using a multi-objective genetic algorithm and the two-stage direct quantification of fault trees using Monte Carlo simulation method, called the two-stage DQFM. Also, a capacity-based indirect capital cost measure is proposed. Such a proposed method enables NPP to achieve safety and cost-effectiveness against multi-hazard simultaneously within the computationally efficient platform. The proposed multihazard capacity optimization framework is demonstrated and tested with an earthquake-tsunami example.
Quinde, Pablo;Reinoso, Eduardo;Teran-Gilmore, Amador;Ramos, Salvador
Earthquakes and Structures
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v.17
no.6
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pp.577-590
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2019
The seismic response of structures to strong ground motions is a complex problem that has been studied for decades. However, most of current seismic regulations do not assess the potential level of damage that a structure may undergo during a strong earthquake. This will happen in spite that the design objectives for any structural system are formulated in terms of acceptable levels of damage. In this article, we analyze the expected damage in single-degree-of-freedom systems subjected to long-duration ground motions generated in soft soil sites, such as those located in the lakebed of Mexico City. An energy-based methodology is formulated, under the consideration of input energy as the basis for the evaluation process, to estimate expected damage. The results of the proposed methodology are validated with damage curves established directly with nonlinear dynamic analyses.
Ahn, Tae Sang;Kim, Young Ju;Kim, Hyung Geun;Jang, Dong Woon;Choi, Kyoung Kyu;Kim, Jong Rak
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.1
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pp.81-92
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2013
The objective of conventional seismic design is to ensure an acceptable safety level while avoiding catastrophic failures of structures and loss of life. Over the last many years, a large amount of research has been devoted into developing effective earthquake resistant systems in order to raise the seismic performance level of structures. The purpose of this study is to propose a new damping system, which realize not only increasing seismic performance but also easy repairing after an earthquake. The proposed damping system is slit in the bottom of wall with damping devices installed in the slit horizontally aiming to dissipate energy during earthquakes. Cyclic loading tests were conducted to investigate hysteretic behavior and energy dissipation capacity. Test results show that the proposed systems exhibit a stable hysteretic response and the energy dissipation in this system is concentrated on the damping devices.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.6
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pp.93-99
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2003
In this study, new shock absorbing system is proposed by using nano-technology based on the theoretical analysis. The new shock absorbing system is complementary to the hydraulic damper, having a cylinder-piston-orifice construction. Particularly for new shock absorbing system, the hydraulic oil is replaced by a colloidal suspension, which is composed of a porous matrix and a lyophobic fluid. The matrix of the suspension is consisted of porous micro-grains with a special architecture: they present nano-pores serially connected to micro-cavities. Until now, only experimentally qualitative studies of new shock absorbing system have been performed, but the mechanism of energy dissipation has not been clarified. This paper presents a modeling and theoretical analysis of the new shock absorbing system thermodynamics, nono-flows and energy dissipation. Compared with hydraulic system, the new shock absorbing system behaves more efficiently, which absorb a large amount of mechanical energy, without heating. The theoretical computations agree reasonably well with the experimental results. As a result. the proposed new shock absorbing system was proved to be an effective one, which can replace with the conventional one.
The objective of the research stated herein is to observe the actual responses of a low-rise nonseismic moment-resisting reinforced concrete frame subjected to varied levels of earthquake ground motions. First, the reduction scale for the model was determined as 1 : 5 considering the capacity of the shaking table to be used and the model was manufactured according to the similitude law. This model was, then, subjected to the shaking table motions simulating Taft N21E component earthquake ground motions, whose peak ground accelations (PGAs) were modified to 0.12g, 0.2g, 0.3g, and 0.4g. The lateral accelerations and displacements at each story and local deformations at the critical reginos of the structure were measured. The base shear was measured by using self-made load cells. Before and after each earthquake simulation test, free vibration tests were performed to find the change in the natural period and damping ratio of the model. The test data on the global and local behaviors are interpreted. The model showed the linear elastic behavior under the Taft N21E motion with the PGA if 0.12g, which represents the design earthquake in Korea. The maximum base shear was 1.8tf, approximately 4.7 times the design base shear. The model revealed fairly good resistance to the higher level of earthquake simulation tests. The main components of its resistance to the high level of earthquakes appeared to be 1) the high overstrength, 2) the elongation of the fundamental period, and 3) the minor energy dissipation by inelastic deformations. The drifts of the model under these tests were approximately within the allowable limit.
Park, Jungsu;Choi, June-Seok;Kim, Keugtae;Yoon, Younghan;Park, Jae-Hyeoung
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.34
no.1
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pp.9-21
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2020
The proper operation and safety management of water and wastewater treatment systems are essential for providing stable water service to the public. However, various natural disasters including floods, large storms, volcano eruptions and earthquakes threaten public water services by causing serious damage to water and wastewater treatment plants and pipeline systems. Korea is known as a country that is relatively safe from earthquakes, but the recent increase in the frequency of earthquakes has increased the need for a proper earthquake management system. Interest in research and the establishment of legal regulations has increased, especially since the large earthquake in Gyeongju in 2016. Currently, earthquakes in Korea are managed by legal regulations and guidelines integrated with other disasters such as floods and large storms. The legal system has long been controlled and relatively well managed, but technical research has made limited progress since it was considered in the past that Korea is safe from earthquake damage. Various technologies, including seismic design and earthquake forecasting, are required to minimize possible damages from earthquakes, so proper research is essential. This paper reviews the current state of technology development and legal management systems to prevent damages and restore water and wastewater treatment systems after earthquakes in Korea and other countries. High technologies such as unmanned aerial vehicles, wireless networks and real-time monitoring systems are already being applied to water and wastewater treatment processes, and to further establish the optimal system for earthquake response in water and wastewater treatment facilities, continuous research in connection with the Fourth Industrial Revolution, including information and communications technologies, is essential.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.427-434
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2000
This paper presents a computer program for a 2-D fluid-structure-soil interaction analysis. With this computer program the fluid can be modeled by a spurious free 4-node displacement-based fluid element which uses rotational penalty and mass projection technique in conjunction with the one point reduced integration scheme to remove the spurious zero energy modes. The structure and near field soil are discretized by the standard finite elements while the unbounded far field soil are discretized by the standard finite elements while the unbounded far field soil is represented by the frequency dependent dynamic infinite elements. Sine this method models directly the fluid-structure-soil system it can be applied to the dynamci analysis of 2-D liquid storage structure with complex geometry. For the purpose of verification dynamic analyses for tanks on a rigid foundation and on compliant embankment are carried out. Comparison of the present results with those by ANSYS program shows good agreement.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.186-193
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2000
In this study the effect and applicability of viscoelastic dampers on the seismic reinforcement of steel framed structures are investigated in the context of the performance based design approach. The effect of the damper on dissipating the input seismic energy was investigated with a single degree of freedom system. For analysis models a five-story steel frame subjected to gravity load and a ten-story structure subjected to gravity and wind load were designed. the code-specified design spectrums were constructed for each soil type and performance objective and artificial ground excitation records to be used in the nonlinear time history analysis were generated based on the design spectrums. Interstory drift was adopted as the primary performance criterion. According to the analysis results both model structures turned out to satisfy the life safety performance level for most of the soil conditions except for the soft soil. It was also found that the seismic performance could be greatly enhanced by installing viscoelastic dampers on appropriate locations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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