Despite considerable life casualty and financial loss resulting from past earthquakes, many existing steel buildings are still seismically vulnerable as they have no lateral resistance or at least need some sort of retrofitting. Passive control methods with decreasing seismic demand and increasing ductility reduce rate of vulnerability of structures against earthquakes. One of the most effective and practical passive control methods is to use a shear panel system working as a ductile fuse in the structure. The shear Panel System, SPS, is located vertically between apex of two chevron braces and the flange of the floor beam. Seismic energy is highly dissipated through shear yielding of shear panel web while other elements of the structure remain almost elastic. In this paper, lateral behavior and related benefits of this system with narrow-flange link beams is experimentally investigated in chevron braced simple steel frames. For this purpose, five specimens with IPE (narrow-flange I section) shear panels were examined. All of the specimens showed high ductility and dissipated almost all input energy imposed to the structure. For example, maximum SPS shear distortion of 0.128-0.156 rad, overall ductility of 5.3-7.2, response modification factor of 7.1-11.2, and finally maximum equivalent viscous damping ratio of 35.5-40.2% in the last loading cycle corresponding to an average damping ratio of 26.7-30.6% were obtained. It was also shown that the beam, columns and braces remained elastic as expected. Considering this fact, by just changing the probably damaged shear panel pieces after earthquake, the structure can still be continuously used as another benefit of this proposed retrofitting system without the need to change the floor beam.
The paper makes the experimental and finite-element-analysis investigation on the seismic behavior of the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam under low cyclic reversed loading. Two specimens are designed and conducted for the experiment to study the seismic behavior of the rebar-penetrated joint under cyclic loading. Then, finite element analysis models of the rebar-penetrated joint are developed using ABAQUS 6.10 to serve as the complement of the experiment and further analyze the seismic behavior of the rebar-penetrated joint. Finite element analysis models are also verified by the experimental results. Finally, the hysteretic performance, the bearing capacity, the strength degradation, the rigidity degradation, the ductility and the energy dissipation of the rebar-penetrated joint are evaluated in detail to investigate the seismic behavior of the rebar-penetrated joint through experimental results and finite element analysis results. The research demonstrates that the rebar-penetrated joint between gangue concrete filled steel tubular column and reinforced gangue concrete beam, with full and spindle-shaped load-displacement hysteretic curves, shows generally the high ductility and the outstanding energy-dissipation capacity. As a result, the rebar-penetrated joint exhibits the excellent seismic performance and meets the earthquake-resistant requirements of the codes in China. The research provides some references and suggestions for the application of the rebar-penetrated joint in the projects.
Kim, Seung-Won;Cho, Hyun-Myung;Lee, Hak-Yong;Park, Cheol-Woo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.4
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pp.109-115
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2015
High performance fiber reinforced cementitious composite (HPFRCC) can provide high fracture energy absorption as well as high strength with high fiber volume fraction. The increased fracture energy helps resisting high frequency loadings, such as earthquake, impact or blast. This study investigates the flexural performance of slurry infiltrated fiber concrete (SIFCON), one of the important HPFRCC, with respect to varying fiber volume fraction. The maximum fiber volume fraction was 8.0 % and reduced to 6.0% by 0.5% and the maximum volume fraction is obtained by packing fibers with simple tapping by hands. The used fiber was a steel fiber with the length 30 mm and the diameter of 0.5 mm. The flexural strengths were 48.7 MPa at 8.0 % and 22.8 MPa at 6.0 %. The measured flexural strength is much higher compared to other cememtitious composite materials but decreased proportional to the fractions. This result implies that for SIFCON considered herein the reduced amount of steel fibers may affect its flexural performance in a negatively way. The flexural toughness, an index to represent the fracture energy absorption, also decreased with the reduced fiber amount.
A new type of earthquake-resisting element that consists of a steel plate shear wall with slits is introduced. The infill steel plate is divided into a series of vertical flexural links with vertical links. The steel plate shear walls absorb energy by means of in-plane bending deformation of the flexural links and the energy dissipation capacity of the plastic hinges formed at both ends of the flexural links when under lateral loads. In this paper, finite element analysis and experimental studies at low cyclic loadings were conducted on specimens with steel plate shear walls with multilayer slits. The effects caused by varied slit pattern in terms of slit design parameters on lateral stiffness, ultimate bearing capacity and hysteretic behavior of the shear walls were analyzed. Results showed that the failure mode of steel plate shear walls with a single-layer slit was more likely to be out-of-plane buckling of the flexural links. As a result, the lateral stiffness and the ultimate bearing capacity were relatively lower when the precondition of the total height of the vertical slits remained the same. Differently, the failure mode of steel plate shear walls with multilayer slits was prone to global buckling of the infill steel plates; more obvious tensile fields provided evidence to the fact of higher lateral stiffness and excellent ultimate bearing capacity. It was also concluded that multilayer specimens exhibited better energy dissipation capacity compared with single-layer plate shear walls.
Seo, Eunjin;Yoo, Hwajung;Min, Ki-Bok;Yoon, Jeoung Seok
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.6
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pp.385-399
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2021
Among human-induced seismicity, fluid production has been one of the causes. In this report, the mechanism that causes an earthquake due to a decrease in the fluid pressure inside the reservoir during fluid extraction is summarized. As case studies, the Lacq gas field in France, the Cerro Prieto geothermal field in Mexico, and the Groningen gas field in the Netherlands, which have become issue recently, were introduced. It is showed that fluid production, ground subsidence, and the presence of existing faults were closely related with the induced seismicity. Therefore, for the development of oil or gas field and geothermal field, it is important to investigate the presence of faults that may cause earthquakes in the reservoir, to monitor ground subsidence during production in real time, and to control production.
In this study, a new type of isolation bearing is proposed by combining S-shaped steel plate dampers (SSDs) with a spherical steel bearing, and the seismic control effect of a five-span standard high-speed railway bridge is investigated. The advantages of the proposed S-shaped steel damping friction bearing (SSDFB) are that it cannot only lengthen the structural periods, dissipate the seismic energy, but also prevent bridge unseating due to the restraint effectiveness of SSDs in the large relative displacements between the girders and piers. This study first presents a detailed description and working principle of the SSDFB. Then, mechanical modeling of the SSDFB was derived to fundamentally define its cyclic behavior and obtain key mechanical parameters. The numerical model of the SSDFB's critical component SSD was verified by comparing it with the experimental results. After that, parameter studies of the dimensions and number of SSDs, the friction coefficient, and the gap length of the SSDFBs were conducted. Finally, the longitudinal seismic responses of the bridge with SSDFBs were compared with the bridge with spherical bearing and spherical bearing with strengthened shear keys. The results showed that the SSDFB can not only significantly mitigate the shear force responses and residual displacement in bridge substructures but also can effectively reduce girder displacement and prevent bridge unseating, at a cost of inelastic deformation of the SSDs, which is easy to replace. In conclusion, the SSDFB is expected to be a cost-effective option with both multi-stage energy dissipation and restraint capacity, making it particularly suitable for seismic isolation application to high-speed railway bridges.
Kim, Hea-Jung;Kwak, Hwa-Ryun;Kim, Sang-il;Choi, Young-Jean
The Korean Journal of Applied Statistics
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v.28
no.6
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pp.1275-1288
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2015
A microscale weather analysis module (about 1km or less) is a microscale numerical weather prediction model designed for operational forecasting and atmospheric research needs such as radiant energy, thermal energy, and humidity. The accuracy of the module is directly related to the usefulness and quality of real-time microscale weather information service in the metropolitan area. This paper suggests an object based verification method useful for spatio-temporal evaluation of the accuracy of the microscale weather analysis module. The method is a graphical method comprised of three steps that constructs a lattice field of evaluation statistics, merges and identifies objects, and evaluates the accuracy of the module. We develop lattice fields using various evaluation spatio-temporal statistics as well as an efficient object identification algorithm that conducts convolution, masking, and merging operations to the lattice fields. A real data application demonstrates the utility of the verification method.
Ha, Tae Hyu;Cho, Bong-Ho;Kim, Tae Hyeong;Lee, Doo Yong;Eom, Tae Sung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.25
no.5
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pp.519-530
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2013
Cyclic tests on modular building units for low-rise buildings composed of stud panels and a light-weight steel perimeter frame, were performed to evaluate the earthquake resistance such as stiffness, load-carrying capacity, ductility, and energy dissipation per load cycle. The strap-braced and sheeted stud panels were used as the primary lateral load-resistant element of the modular building units. Test results showed that the modular building units using the strap-braced and sheeted stud panels exhibited excellent post-yield ductile behaviors. The maximum drift ratios were greater than 5.37% and the displacement ductility ratios were greater than 5.76. However, the energy dissipation per load cycle was poor due to severe pinching during cyclic loading. Nominal strength, stiffness, and yield displacement of the modular building units were predicted based on plastic mechanisms. The predictions reasonably and conservatively correlated with the test results. However, the elastic stiffness of the strap-braced stud panel was significantly overestimated. For conservative design, the elastic stiffness of the strap-braced stud panel needs be decreased to 50% of the nominal value.
The problem has been pointed out that the domestic design response spectrum does not reflect site amplification, particularly in the high frequency bands, including the fact that site specific response spectrum from the observed ground motions appears relatively higher than design response spectrum. Among various methods, this study applied H/V spectral ratio of ground motion for estimating site amplification. This method, originated from S waves and Rayleigh waves, recently has been extended to Coda waves and background noise for estimating site amplification. For limited time of periods, 4 electric substation sites had operated seismic stations at two separate locations (bedrock and borehole) within each substation site. H/V spectral ratio of S wave, Coda wave, and background noise, was applied to 36 accelerations of 3 macro earthquakes (Odaesan, Jeju and Gongju earthquakes), larger than magnitude 3.4. observed simultaneously at each bedrock location within 4 electric substation sites. Site amplifications at the bedrock location of 4 sites were compared among S wave, Coda wave energy, and background noise, and then compared to the previous results from the borehole location data. The site classification was also tried using resonancy frequency information at each site and location. The results suggested that all the electric substation sites showed similar site amplification patterns among S wave, Coda wave, and background noise. Each station showed its own characteristics of site amplification property in low, high and specific resonance frequency ranges. Comparison of this study to other results using different method can give us much more information about dynamic amplification of domestic sites characteristics and site classification.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.2
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pp.63-71
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2002
This paper examines the ASCE first generation benchmark problem for a seismically excited cable-stayed bridge, and proposes a new semi-active control strategy focusing on inclusion of effects of control-structure interaction. This benchmark problem focuses on a cable-stayed bridge in Cope Girardeau, Missouri, USA, for which construction is expected to be completed in 2003. Seismic considerations were strongly considered in the design of this bridge due to the location of the bridge in the New Madrid seismic zone and its critical role as a principal crossing of the Mississippi River. In this paper, magnetorheological(MR) fluid dampers are proposed as the supplemental damping devices, and a clipped-optimal control algorithm is employed. Several types of dynamic models for MR fluid dampers, such as a Bingham model, a Bouc-Wen model, and a modified Bouc-Wen model, are considered, which are obtained from data based on experimental results for full-scale dampers. Because the MR fluid damper is a controllable energy-dissipation device that cannot add mechanical energy to the structural system, the proposed control strategy is fail-safe in that bounded-input, bounded-output stability of the controlled structure is guaranteed. Numerical simulation results show that the performance of the proposed semi-active control strategy using MR fluid dampers is quite effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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