In conventional seismic design, structures are assumed to be fixed at the base. To reduce the impact of earthquake loading, while at the same time providing an economically feasible structure, minor damage is tolerated in the form of controlled plastic hinging at predefined locations in the structure. Uplift is traditionally not permitted because of concerns that it would lead to collapse. However, observations of damage to structures that have been through major earthquakes reveal that partial and temporary uplift of structures can be beneficial in many cases. Allowing a structure to move as a rigid body is in fact one way to limit activated seismic forces that could lead to severe inelastic deformations. To further reduce the induced seismic energy, slip-friction connectors could be installed to act both as hold-downs resisting overturning and as contributors to structural damping. This paper reviews recent research on the concept, with a focus on timber shear walls. A novel approach used to achieve the desired sliding threshold in the slip-friction connectors is described. The wall uplifts when this threshold is reached, thereby imparting ductility to the structure. To resist base shear an innovative shear key was developed. Recent research confirms that the proposed system of timber wall, shear key, and slip-friction connectors, are feasible as a ductile and low-damage structural solution. Additional numerical studies explore the interaction between vertical load and slip-friction connector strength, and how this influences both the energy dissipation and self-centring capabilities of the rocking structure.
The use of seismic energy-dissipative devices for passive control is increasing exponentially in the recent years for both new and existing buildings. Use of these devices started in and has been somewhat limited to developed countries. One of the current challenges is to promote the use of seismic dampers in earthquake-prone developing countries by lowering the cost of the devices. This paper proposed a new type of seismic damper based on yielding of a cantilever type metallic element for seismic retrofit of existing and new building structures. The hysteretic behavior and energy dissipation capacity of the proposed damper was investigated using component tests under cyclic loads. The experimental results indicated that the damping device had stable restoring force characteristics and a high energy dissipation capacity. Based on these results, a simple hysteretic model for predicting the load-displacement curve of the seismic damper was proposed.
Mechanical energy is accumulated in the object when stress is exerted on rock specimens, and the failure is occurred when the stress is larger than critical stress. The accumulated energy is emitted as various forms including physical deformation, light, heat and sound. Uniaxial compression strength test and point load strength test were carried out in low temperature environment, and thermal variation of rock specimens were observed and analyzed quantitatively using thermal infrared camera images. Temperature of failure plane was increased just before the failure because of concentration of stress, and was rapidly increased at the moment of the failure because of the emission of thermal energy. The variations of temperature were larger in diorite and basalt specimens which were strong and fresh than in tuff specimens which were weak and weathered. This study can be applied to prevent disasters in rock slope, tunnel and mine in cold regions and to analyze satellite image for predicting earthquake in cold regions.
In this paper, the behavior of an innovative metallic a butterfly-shaped link as damper with shear and flexural mechanism was investigated experimentally and numerically. The damper is directly attached to the diagonal member of the Concentrically Braced Frame (CBF) to prevent buckling of the braces. Since it is expected that nonlinear behavior of the system is limited to the dampers, the other parts of structures remind elastic that the damper can replaced easily after a severe earthquake. The experimental outcomes indicated that both types of dampers (with shear or flexural mechanism) pertain to stable hysteresis loops without any significant degradation in stiffness or strength. Comparing the dampers indicated that the shear damper has a greater ultimate strength (4.59 times) and stiffness (3.58 times) than flexural damper but a lower ductility (16%) and ultimate displacement (60%). Also, the shear damper has a considerable dissipation energy 14.56 times greater than flexural dampers where dissipating energy are affected by ultimate strength, stiffness and ultimate displacement. Also, based on the numerical study, the effect of main plate slenderness on the behavior of the damper was considered and the allowable slenderness was suggested to the design of the dampers. Numerical results confirmed that the flexural damper is more sensitive to the slenderness than shear damper. Accordingly, as the slenderness is less than 50 and 30, respectively, for, shear and flexural damper, no degradation in ultimate strength is realized. By increasing the slenderness, the maximum reduction of the ultimate strength, stiffness, and energy dissipation capacity reached by 16%, 7%, and 17% for SDB dampers whereas it is 3%, 33%, 20%, and 45% for MDB.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.2
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pp.53-67
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2008
In this study, seismic control performance of friction dampers installed in a reinforced concrete shear wall-moment frame system, of which main lateral force resisting system is a shear wall, is investigated. Three configurations of friction dampers are investigated. One is a diagonal brace type reinforcing the shear wall directly, another is a diagonal brace type reinforcing the moment frame without the shear wall, and the other one is a vertical boundary element type installed at both ends of the shear wall. In addition, various levels of the total friction force and its distribution methods are examined. Time history analysis considering material nonlinearity is conducted for seismic loads increased by the enhanced design code compared to the initial design loads, and energy dissipation, lateral loads and structural member damages are analyzed. As a result, the shear wall-reinforcing diagonal brace type with the total friction force of 30 % of the reference friction force gives the best performance on the whole, and the distribution methods of the friction force do not have remarkable difference in effects. Also, concentrated installation in adjacent four stories shows just a little compromised control performance compared to the entire story installation.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.1
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pp.1-10
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1997
Current seismic design philosophy for reinforced concrete (RC) structures on energy dissipation through large inelastic defomations. A nonlinear dynamic analysis which is used to represent this behavior is time consuming and expensive, particularly if the computations have to be repeated many times. Therefore, the selection of an efficient yet accurate alogorithm becomes important. The main objective of the present study is to propose a new technique herein called the prediction approach with siffness measure (PASM) method in the convetional direct integration methods, the triangular decomposition of matrix is required for solving equations of motion in every time step or every iteration. The PASM method uses a limited number of predetermined decomposed effective matrices obtained from stiffness states of the structure when it is deformed into the nonlinear range by statically applied cyclic loading. The method to be developed herein will reduce the overall numerical effort when compared to approaches which recompute the stiffness in each time step or iteration.
Modified two-surface model (M2SM) is one of the steel elasto-plastic hysteretic constitutive models that consider both analysis accuracy and efficiency. However, when M2SM is used for complex strain history, sometimes the results are irrational due to the limitation of stress-strain path judgment. In this paper, the defect of M2SM was re-modified by improving the judgment of stress-strain paths. The accuracy and applicability of the improved method were verified on both material and structural level. Based on this improvement, the nonlinear time-history analysis was carried out for a deck-through steel arch bridge with a 200 m-long span under the ground motions of Chi-Chi earthquake and Niigata earthquake. In the analysis, we compared the results obtained by hysteretic constitutive models of improved two-surface model (I2SM) presented in this paper, M2SM and the bilinear kinematic hardening model (BKHM). Results show that, although the analysis precision of displacement response of different steel hysteretic models differs little from each other, the stress-strain responses of the structure are affected by steel hysteretic models apparently. The difference between the stress-strain responses obtained by I2SM and M2SM cannot be neglected. In significantly damaged areas, BKHM gives smaller stress result and obviously different strain response compared with I2SM and M2SM, and tends to overestimate the effect of hysteretic energy dissipation. Moreover, at some position with severe damage, BKHM may underestimate the size of seismic damaged areas. Different steel hysteretic models also have influences on structural damage evaluation results based on deformation behavior and low cycle fatigue, and may lead to completely different judgment of failure, especially in severely damaged areas.
This paper presents some shaking table tests conducted on a 1/4-scaled model with 5-story steel reinforced concrete (SRC) spatial frame with irregular section columns under a series of base excitations with gradually increasing acceleration peaks. The test frame was subjected to a sequence of seismic simulation tests including 10 white noise vibrations and 51 seismic simulations. Each seismic simulation was associated with a different level of seismic disaster. Dynamic characteristic, strain response, acceleration response, displacement response, base shear and hysteretic behavior were analyzed. The test results demonstrate that at the end of the loading process, the failure mechanism of SRC frame with irregular section columns is the beam-hinged failure mechanism, which satisfies the seismic code of "strong column-weak beam". With the increase of acceleration peaks, accumulated damage of the frame increases gradually, which induces that the intrinsic frequency decreases whereas the damping ratio increases, and the peaks of acceleration and displacement occur later. During the loading process, torsion deformation appears and the base shear grows fast firstly and then slowly. The hysteretic curves are symmetric and plump, which shows a good capacity of energy dissipation. In summary, SRC frame with irregular section columns can satisfy the seismic requirements of "no collapse under seldom earthquake", which indicates that this structural system is suitable for the construction in the high seismic intensity zone.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.7
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pp.3244-3251
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2012
In the construction and operation of large marine structure, hazard risk analysis is one of important factors. Therefore, this paper investigates the hazard risk indexes and evaluates the risk level in the construction and operation of SFT on the basis of expert survey and Fuzzy analytic hierarchy process. Hazard risk is divided into natural hazard risk (earthquake, typhoon, tsunami, and ice collision) and human factor hazard risk (fire, explosion, traffic accident, ship or submarine collision). Also, the influence of hazard risk indexes on SFT was evaluated in tunnel tube, supporting system, ventilation tower, foundation, and connection part. As the hazard risk level of SFT is compared with those of bridge, underwater tunnel, and immersed tunnel, the intrinsic risk level of SFT was evaluated. Tsunami and earthquake had higher risk level in natural hazard risk, and the risk levels of fire and explosion were higher in human factor hazard risk. Hazard risk level of SFT was 1.4 times higher than immersed tunnel, and 3.2 times higher than bridge.
To look into site characteristics of the Hwacheon borehole seismic station, we analyzed property of earthquake and microtremor recorded on surface and borehole seismometers. Acoording to analysis result of microtremor, the surface-to-borehole energy ratio was approximately 15 times greater during the daytime than during the nighttime, and the surface-to-borehole ratios of spectral amplitudes as frequency increases. For earthquake data, amplitude spectra and dominant frequency were computed using surface and borehole data. As a result, small earthquakes with short distance recorded on surface seismometer peaked at 8 Hz, 46 Hz. This result corresponds to resonance frequencies (7.4 Hz, 46 Hz) calculated by H/V spectral ratio. We confirmed amplification effect by site characteristics of overburden. Background noise level was approximately 20,000 times smaller at borehole seismic station than surface seismic station. These results provide strong evidence for the superior recording of earthquakes using borehole seismometers instead of surface seismometers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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