Rodgers, Geoffrey W.;Chase, J. Geoffrey;Roland, Thomas;Macrae, Gregory A.;Zhou, Cong
Earthquakes and Structures
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v.22
no.2
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pp.109-120
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2022
Older or damaged structures can require significant retrofit to ensure they perform well in subsequent earthquakes. Supplemental damping devices are used to achieve this goal, but increase base shear forces, foundation demand, and cost. Displacement reduction without increasing base shear is possible using novel semi-active and recently-created passive devices, which offer energy dissipation in selected quadrants of the force-displacement response. Combining these devices with large, strictly passive energy dissipation devices can offer greater, yet customized response reductions. Supplemental damping to reduce response without increasing base shear enables a net-zero base shear approach. This study evaluates this concept using two incremental dynamic analyses (IDAs) to show displacement reductions up to 40% without increasing base shear, more than would be achieved for either device alone, significantly reducing the risk of response exceeding the unaltered structural case. IDA results lead to direct calculation of reductions in risk and annualized economic cost for adding these devices using this net-zero concept, thus quantifying the trade-off. The overall device assessment and risk analysis method presented provides a generalizable proof-of-concept approach, and provides a framework for assessing the impact and economic cost-benefit of using modern supplemental energy dissipation devices.
Massimiliano Ferraioli;Biagio Laurenza;Angelo Lavino;Ciro Frattolillo;Gianfranco De Matteis
Steel and Composite Structures
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v.47
no.4
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pp.467-488
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2023
Seismic retrofit of an existing steel-reinforced concrete hospital building that features innovative use of a continuous energy-dissipative steel column (CEDC) system is presented in this paper. The special system has been adopted to provide an efficient solution taking into account the difficulties of applying traditional intervention techniques to minimize the impact on architectural functionality and avoid the loss of building function and evacuation during the retrofit implementation. The lateral stiffness and strength of the CEDC system were defined based on the geometric and mechanical properties of the steel strip dampers. The hysteretic behavior under cyclic loadings was defined using a simplified numerical model. Its effectiveness was validated by comparing the results of full-scale experimental data available from the literature. All the main design considerations of the retrofitting plan are described in detail. The effectiveness of the proposed retrofitting system was demonstrated by nonlinear time-history analyses under different sets of earthquake-strong ground motions. The analysis results show that the CEDC system is effective in controlling the deformation pattern and significantly reducing damage to the existing structure during major earthquakes.
Steel shear walls are used to strengthen steel and concrete structures. One such system is Partial Attached Steel Shear Walls (PASSW), which are only connected to frame beams. This system offers both structural and architectural advantages. This study first calibrated the numerical model of RC frames with and without PASSW using an experimental sample. The seismic performance of the RC frame was evaluated by 30 non-linear static analyses, which considered stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation, to investigate the effect of PASSW width and column axial load. Based on numerical results and a curve fitting technique, a lateral stiffness equation was developed for frames equipped with PASSW. The effect of the shear wall location on the concrete frame was evaluated through eight analyses. Nonlinear dynamic analysis was performed to investigate the effect of the shear wall on maximum frame displacement using three earthquake records. The results revealed that if PASSW is designed with appropriate stiffness, it can increase the energy dissipation and ductility of the frame by 2 and 1.2 times, respectively. The stiffness and strength of the frame are greatly influenced by PASSW, while axial force has the most significant negative impact on energy dissipation. Furthermore, the location of PASSW does not affect the frame's behavior, and it is possible to have large openings in the frame bay.
Peng Liu;Xue Li;Yu Cheng;Xiaoyu Gao;Jinai Zhang;Yongbin Liu
International Journal of High-Rise Buildings
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v.12
no.3
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pp.251-262
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2023
In response to China's "Regulations on the Management of Earthquake Resistance of Building Constructions" on the provision of eight types of important buildings to maintain functional after fortified earthquakes occur, "Guidelines for Seismic Design of post-quake functional buildings (Draft for Review)" distinguishes Class I and Class II buildings, and gives the performance objectives and seismic verification requirements for design earthquakes and severe earthquakes respectively. In this paper, a hospital and a school building are selected as examples to design according to the requirements of fortification of Intensity 8 and 7 respectively. Two design strategies, the seismic isolation scheme and energy dissipation scheme, are considered which are evaluated through elastic-plastic dynamic time-history analysis to meet the requirement of post-quake functional buildings. The results show that the seismic isolation design can meet the requirements in the above cases, and the energy dissipation scheme is difficult to meet the requirements of the "Guidelines" on floor acceleration in some cases, for which the scheme shall be made valid through the seismic resilience assessment. The research in this paper can provide a reference for designers to choose schemes for post-quake functional buildings.
The use of cold-formed steel members is increasing day by day, especially in regions where earthquake effects are intensively experienced. Among cold-formed steel members (CFS), "channel" members are used more than other crosssectional members, especially in buildings or industrial structures. In recent years, several studies have been carried out on the axial load and flexural performance of these members under monotonic loading. In this study, CFS beam-column members were cyclically and monotonically loaded under combined axial load and biaxial bending moments, and their buckling behavior, load bearing capacity, stiffness, ductility, and energy absorption capacity were determined. For this purpose, monotonic and cyclic loading experiments were carried out on 30 CFS channel members at 15 different eccentricities. Then, material properties were determined by axial monotonic tensile and very low cycle fatigue tests for use in numerical studies. From the experimental results, the buckling modes, bearing capacities, ductility, stiffness, and energy absorption capacities of the members were obtained. The characteristics of the members were compared according to the stress state of the lips. According to the data obtained from the displacement transducer placed on the lips and on the back of the web, information about the buckling mode and curvature of the members was obtained. Finally, monotonic, and cyclic loading results were compared to determine the differences in the buckling behavior of the members.
Andika M. Emilidardi;Ali Awaludin;Andreas Triwiyono;Angga F. Setiawan;Iman Satyarno;Alvin K. Santoso
Earthquakes and Structures
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v.27
no.1
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pp.69-82
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2024
In the conventional seismic design approach for a bridge pier, the function of the stopper, and shear key are to serve as mechanisms for unseating prevention devices that retain and transmit the lateral load to the pier under strong earthquakes. This frequently inflicts immense shear forces and bending moments concentrated at the plastic hinge zone. In this study, a shear panel damper plus gap (SPDG) is proposed as a low-cost alternative with high energy dissipation capacity to improve the seismic performance of the pier. Therefore, this study aimed to investigate the seismic performance of the pre-stressed concrete I girder (PCI-girder) bridge equipped with SPDG. The bridge structure was analyzed using nonlinear time history analysis with seven-scaled ground motion records using the guidelines of ASCE 7-10 standard. Consequently, the implementation of SPDG technology on the bridge system yielded a notable decrease in maximum displacement by 41.49% and a reduction in earthquake input energy by 51.05% in comparison to the traditional system. This indicates that the presence of SPDG was able to enhance the seismic performance of the existing conventional bridge structure, enabling an improvement from a collapse prevention (CP) level to an immediate occupancy (IO).
Busan is located at the mouth of Nakdong River and if an earthquake occurs, it is very likely that the damage by the earthquake will be worse as liquefaction can happen in the sand layer, builtup soil, and landfill ground due to amplification in the lower sedimentary layer that is well developed in the river mouth. Therefore, this study first examined the possibility of liquefaction in the replaced sand layer under breakwater using 14 earthquakes in 5.6-7.9 scale and artificial earthquakes including the seismic wave suggested in the standard specifications for seismic design of ports and fishing port facilities to evaluate the stability of breakwater which is the primary protective structure for port facilities against earthquakes. Second, analysis on characteristics of the seismic energy and acceleration response spectrum by size of earthquake was performed to suggest the most appropriate size of seismic wave for the condition in Korea. Third, finite element analysis was performed using the suggested seismic wave to study the characteristics of earthquake by finding the dynamic lateral displacement of breakwater and verifying the stability of structure and the displacement and forces occurring at geotextile. Results of the study showed that the possibility of liquefaction in the landfill and replaced sand layer, the dynamic lateral displacement of breakwater, and changes of geotextile are greatly affected by the subsurface ground (replaced sand layer).
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.1
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pp.27-34
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2009
Site amplification should be considered in order to estimate Soil-Structure Interaction (SSI), seismic source and attenuation parameters with a greater degree of reliability. The horizontal to vertical (H/V) ratio technique, originally proposed by Nakamura (1989), has been applied to analyze the surface waves in microtremor records. Recently, its application has been extended to the shear wave energy of strong motion in order to study the site transfer function. The purpose of this paper is to estimate the H/V spectral ratio using the observed data from 9 seismic stations distributed within the Southern Korean Peninsula, from the Odesan earthquake (2007/01/20). The results show that most of the stations have more stable amplification characteristics in a low frequency band than in a high frequency band. However, each seismic station showed its own characteristic resonant frequency and low and high frequency. The resonant frequency at each station should be estimated carefully, because the quality of seismic data is dependent on the resonant frequency. It can be obtained more reliable results of seismic source and attenuation parameters, if seismic ground motions which deconvolved from site transfer function is used. The site amplification data from this study can be used to generally classify the sites within the Southern Korean Peninsula.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.4
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pp.317-325
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2016
In this study, nonlinear earthquake responses of a soil-structure interaction(SSI) system which is subjected to a three-directional ground motion are examined. The structure and the near-field region of soil, where the geometry is irregular, the material properties are heterogeneous, and nonlinear dynamic responses are expected, are modeled by nonlinear finite elements. On the other hand, the infinite far-field region of soil, which has a regular geometry and homogeneous material properties and dynamic responses is assumed linearly elastic, is represented by three-dimensional perfectly matched discrete layers which can radiate elastic waves into infinity efficiently. Nonlinear earthquake responses of the system subjected to a three-directional ground motion are calculated with the numerical model. It is observed that the dynamic responses of a SSI system to a three-directional motion have a predominant direction according to the characteristics of the ground motion. The responses must be evaluated using precise analysis methods which can consider nonlinear behaviors of the system accurately. The the method employed in this study can be applied easily to boundary nonlinear problems as well as material nonlinear problems.
Purpose: This study aims at exploring implications of discourse and social practice produced by various stakeholders in politics, economy and society to provide useful material for effective disaster response in South Korea. Method: Applying the Critical Discourse Analysis model of Fairclough, this study analyzes the newspaper articles of three domestic press companies mainly about the November 2017 Pohang earthquake. Results: As a result, first, the three media companies point out the low effectiveness of disaster response manuals and evacuation training. Second, strengthening shelter services and expanding support for the victims are important for recovery from the earthquake. Third, to prevent the future damages, they suggest the implementation efforts to improve the seismic design and short message service based disaster alert system. Conclusion: Based on the findings, this study suggests to improve the practicality and effectiveness of disaster prevention measures, establish an organic and integrated disaster response system, emphasize the roles and participation of citizens, check the responsibility of experts, and make the media to form sound discourse on disaster response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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