The ground acceleration measured at a point on the earth's surface is composed of several waves that have different phase velocities, arrival times, amplitudes, and frequency contents. For instance, body waves contain primary and secondary waves that have high frequency content and reach the site first. Surface waves are composed of Rayleigh and Love waves that have lower phase velocity, lower frequency content and reach the site next. Some of these waves could be of more damage to the structure depending on their frequency content and associated amplitude. This paper models critical earthquake loads for single-degree-of-freedom (SDOF) inelastic structures considering evolution of the seismic waves in time and frequency. The ground acceleration is represented as combination of seismic waves with different characteristics. Each seismic wave represents the energy of the ground motion in certain frequency band and time interval. The amplitudes and phase angles of these waves are optimized to produce the highest damage in the structure subject to explicit constraints on the energy and the peak ground acceleration and implicit constraints on the frequency content and the arrival time of the seismic waves. The material nonlinearity is modeled using bilinear inelastic law. The study explores also the influence of the properties of the seismic waves on the energy demand and damage state of the structure. Numerical illustrations on modeling critical earthquake excitations for one-storey inelastic frame structures are provided.
Various types of dampers are widely adopted to reduce the seismic damages in bridges. However, dampers may be the improper solution especially in moderate seismic regions because dampers are costly for installation and require constant maintenance during life cycle. In this study, energy-dissipating sacrificial device is proposed, which sacrifices easily substitutable bridge members and dissipates the excessive energy during seismic excitations. In turns, the inelastic behavior of sacrificial members reduces the input energy of the major members, such as piers in bridges, and may prevent the major members from serious malfunction. A simplified mechanical model is developed to represent the behavior of sacrificial devices installed in a bridge. The hysteresis energy of piers is analyzed to certify performance of device under seismic loads applied to this mechanical model. The results from this study show that the proposed sacrificial energy-dissipating device can decrease excessive hysteresis energy and reduce the damage of piers under seismic excitation. Therefore, economical enhancement of the seismic performance of bridges may be possible by employing the proposed sacrificial energy-dissipating devices.
Pinching is an important property of reinforced concrete member which characterizes its cyclic behavior. In the present study, numerical studies were performed to investigate the characteristics and mechanisms of pinching behavior and the energy dissipation capacity of flexure-dominated reinforced concrete members. By analyzing existing experimental studies and numerical results, it was found that energy dissipation capacity of a member is directly related to energy dissipated by re-bars rather than concrete that is a brittle material, and that it is not related to magnitude of axial compressive force applied to the member. Therefore, for a member with specific arrangement and amount of re-bars, the energy dissipation capacity remains uniform regardless of the flexural strength that is changed by the magnitude of axial force applied. Due to the uniformness of energy dissipation capacity pinching appears in axial compression member. The flexural pinching that is not related to shear force becomes conspicuous as the flexural strength increases relatively to the uniform energy dissipation capacity. Based on the findings, a practical method for estimating energy dissipation capacity and damping modification factor was developed and verified with existing experiments.
Since behaviors of loose, dense, silty sands vary under seismic loading, understanding the liquefaction mechanism of sandy soils continues to be an important challenges of geotechnical earthquake engineering. In this study, 36 deformation controlled cyclic simple shear tests were performed and the liquefaction potential of the sands was investigated using three different relative densities (40, 55, 70%), four different effective stresses (25, 50, 100, 150 kPa) and three different shear strain amplitudes (2, 3.5, 5%) by using energy based approach. Experiments revealed the relationship between per unit volume dissipated energy with effective stress, relative density and shear strain. The dissipate energy per unit volume was much less affected by shear strain than effective stress and relative density. In other words, the dissipated energy is strongly dependent on relative density and effective stress. These results show that the dissipated energy per unit volume is very useful and may contain the non-uniform loading conditions of the earthquake spectrum. When multiple regression analysis is performed on experiment results, a relationship is proposed that gives liquefaction energy of sandy soils depending on relative density and effective stress parameters.
본 연구에서는 2011년 3월 발생한 동일본대지진 이후 스마트그리드에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 일본의 스마트그리드 정책 추진현황 및 문제점에 초점을 맞춰 살펴보았다. 분석 결과, 일본에서는 2011년 동일본대지진으로 인한 전력수급 문제를 계기로 신재생에너지의 고정가격매수제도가 도입되고, 나아가 신재생에너지로 생산된 전력을 거래하는 분산형 그린 전력매매 시장을 설립하는 등 에너지 위기와 환경문제를 동시 해결하는 하나의 솔루션으로서 스마트그리드 관련 프로젝트가 본격적으로 실행되었다. 그 결과 피크전력 억제 및 CO2 삭감효과, 신재생에너지원을 이용한 에너지 수급의 안정적 확보 등 가시적인 성과를 거두었다. 한편, 현행 일본의 스마트그리드 정책 운영상의 개선과제로는 전력계통 안정화 장치의 도입(송배전망의 광역적 운용이나 대형 축전지 도입 등), 스마트그리드 관련 자국기술의 국제표준, 추진 스마트 그리드의 보안성 강화 지원 등을 제시하였다.
Modern earthquake-resistant design aims to isolate architectural precast concrete panels from the structural system so as to reduce the interaction with the supporting structure and hence minimize damage. The present study seeks to maximize the cladding-structure interaction by developing an energy-dissipating cladding system (EDCS) that is capable of functioning both as a structural brace, as well as a source of energy dissipation. The EDCS is designed to provide added stiffness and damping to buildings with steel moment resisting frames with the goal of favorably modifying the building response to earthquake-induced forces without demanding any inelastic action and ductility from the basic lateral force resisting system. Because many modern building facades typically have continuous and large openings on top of the precast cladding panels at each floor level for window system, the present study focuses on spandrel type precast concrete cladding panel. The preliminary design of the EDCS was based on existing guidelines and research data on architectural precast concrete cladding and supplemental energy dissipation devices. For the component-level study, the preliminary design was validated and further refined based on the results of nonlinear finite element analyses. The stiffness and strength characteristics of the EDCS were established from a series of nonlinear finite element analyses and are discussed in detail in this paper.
Structural control through integration of passive damping devices within the building structure has been increasingly implemented internationally in the last years and has proven to be a most promising strategy for earthquake safety. In the present paper an alternative configuration of an innovative energy dissipation mechanism that consists of slender tension only bracing members with closed loop and a hysteretic damper is investigated in its dynamic behavior. The implementation of the adaptable dual control system, ADCS, in frame structures enables a dual function of the component members, leading to two practically uncoupled systems, i.e., the primary frame, responsible for the normal vertical and horizontal forces and the closed bracing-damper mechanism, for the earthquake forces and the necessary energy dissipation. Three representative international earthquake motions of differing frequency contents, duration and peak ground acceleration have been considered for the numerical verification of the effectiveness and properties of the SDOF systems with the proposed ADCS-configuration. The control mechanism may result in significant energy dissipation, when the geometrical and mechanical properties, i.e., stiffness and yield force of the integrated damper, are predefined. An optimum damper ratio, DR, defined as the ratio of the stiffness to the yield force of the hysteretic damper, is proposed to be used along with the stiffness factor of the damper's- to the primary frame's stiffness, in order for the control mechanism to achieve high energy dissipation and at the same time to prevent any increase of the system's maximum base shear and relative displacements. The results are summarized in a preliminary design methodology for ADCS.
Kim, Jae Wook;Joo, Han Young;Kim, Rinah;Moon, Joo Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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제50권3호
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pp.512-518
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2018
This article measured and analyzed the indoor radon concentrations at one university building in Gyeongju, Republic of Korea, to investigate if there is any relationship between earthquakes and indoor radon concentration. Since 12 September 2016, when two 5.1 and 5.8 magnitude earthquakes occurred, hundreds of aftershocks affected Gyeongju until January 2017. The measurements were made at the ground floor of the Energy Engineering Hall of Dongguk University in Gyeongju over a period between February 2016 and January 2017. The measurements were made with an RAD7 detector on the basis of the US Environmental Protection Agency measurement protocol. Each measurement was continuously made every 30 minutes over the measurement period every month. Among earthquakes with 2.0 or greater magnitude, the earthquakes whose occurrence timings fell into the measurement periods were screened for further analysis. We observed similar spike-like patterns between the indoor radon concentration distributions and earthquakes: a sudden increase in the peak indoor radon concentration 1-4 days before an earthquake, gradual decrease before the earthquake, and sudden drop on the day of the earthquake if the interval between successive earthquakes was moderately longer, for example, 3 days in this article.
방사성폐기물 심지층 처분시스템의 안전성평가에서는 일반적으로 정상 시나리오 이외에 심지층 처분시스템이 외부 요인에 의해서 영향을 받는 비정상 시나리오를 추가적으로 고려하게 된다. 본 연구에서는 방사성폐기물 심지층 처분시스템의 비정상 시나리오를 포함하는 복합피폭 시나리오에 대한 안전성평가를 위하여 비정상 시나리오를 구성하는 비정상 사건으로 지진의 국내 발생 특성을 조사하였다. 이를 위하여, 국내(한반도)의 지진 자료에 대한 통계·확률적인 접근법으로 발생 특성을 조사하고, 이를 통해 미래의 지진 발생 특성을 예측하는 방법론과 함께 계산 예를 소개하였다. 그 결과, 국내 연간 지진 발생빈도는 자료의 종류에 따라 그리고 최소 유효 지진규모에 따라 0.4 /yr에서 36.2 /yr까지 넓게 분포되었다. 최종적으로, 처분시스템 안전성평가의 보수성 측면에서 위의 범위 내 최대값인 36.2 /yr가 국내 연간 지진 발생 빈도로써 제안되었고, 처분시스템의 면적비를 고려하여 처분시스템 영향 반경 내 연간 지진 발생 빈도는 5.4×10-4 /yr로 계산되었다. 그리고, 이때의 최소 유효 지진 규모는 2.3이었다. 본 연구는 앞으로 비정상 사건들이 처분시스템에 미치는 영향에 대한 추가 연구와 함께 향후 복합피폭 시나리오를 고려한 심지층 처분시스템의 안전성평가 신뢰도 향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.
Analysis of the 2016 Gyeongju earthquake and the 2017 Pohang earthquake showed the characteristics of a typical high-frequency earthquake with many high-frequency components, short time strong motion duration, and large peak ground acceleration relative to the magnitude of the earthquake. Domestic nuclear power plants were designed and evaluated based on NRC's Regulatory Guide 1.60 design response spectrum, which had a great deal of energy in the low-frequency range. Therefore, nuclear power plants should carry out seismic verification and seismic performance evaluation of systems, structures, and components by reflecting the domestic characteristics of earthquakes. In this study, high-frequency amplification factors that can be used for seismic verification and seismic performance evaluation of nuclear power plant systems, structures, and equipment were analyzed. In order to analyze the high-frequency amplification factor, five sets of seismic time history were generated, which were matched with the uniform hazard response spectrum to reflect the characteristics of domestic earthquake motion. The nuclear power plant was subjected to seismic analysis for the construction of the Korean standard nuclear power plant, OPR1000, which is a reactor building, an auxiliary building assembly, a component cooling water heat exchanger building, and an essential service water building. Based on the results of the seismic analysis, a high-frequency amplification factor was derived upon the calculation of the floor response spectrum of the important locations of nuclear power plants. The high-frequency amplification factor can be effectively used for the seismic verification and seismic performance evaluation of electric equipment which are sensitive to high-frequency earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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