This article presents a computationally efficient framework for multi-objective seismic design optimization of steel moment-resisting frame (MRF) structures based on the nonlinear dynamic analysis procedure. This framework employs the uniform damage distribution philosophy to minimize the weight (initial cost) of the structure at different levels of damage. The preliminary framework was recently proposed by the authors based on the single excitation and the nonlinear static (pushover) analysis procedure, in which the effects of record-to-record variability as well as higher-order vibration modes were neglected. The present study investigates the reliability of the previous framework by extending the proposed algorithm using the nonlinear dynamic design procedure (optimization under multiple ground motions). Three benchmark structures, including 4-, 8-, and 12-story steel MRFs, representing the behavior of low-, mid-, and high-rise buildings, are utilized to evaluate the proposed framework. The total weight of the structure and the maximum inter-story drift ratio (IDRmax) resulting from the average response of the structure to a set of seven ground motion records are considered as two conflicting objectives for the optimization problem and are simultaneously minimized. The results of this study indicate that the optimization under several ground motions leads to almost similar outcomes in terms of optimization objectives to those are obtained from optimization under pushover analysis. However, investigation of optimal designs under a suite of 22 earthquake records reveals that the damage distribution in buildings designed by the nonlinear dynamic-based procedure is closer to the uniform distribution (desired target during the optimization process) compared to those designed according to the pushover procedure.
Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet C.;Soyluk, Kurtulus;Dumanoglu, A. Aydin
Steel and Composite Structures
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v.22
no.5
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pp.1001-1018
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2016
The purpose of this paper is to compare the structural responses obtained from the stochastic analysis of a suspension bridge subjected to uniform and partially correlated seismic ground motions, using different spatial correlation functions commonly used in the earthquake engineering. The spatial correlation function employed in this study consists of a term that characterizes the loss of coherency. To account for the spatial variability of ground motions, the widely used four loss of coherency models in the literature has been taken into account in this study. Because each of these models has its own characteristics, it is intended to determine the sensitivity of a suspension bridge due to these losses of coherency models which represent the spatial variability of ground motions. Bosporus Suspension Bridge connects Europe to Asia in Istanbul is selected as a numerical example. The bridge has steel towers that are flexible, inclined hangers and a steel box-deck of 1074 m main span, with side spans of 231 and 255 m on the European and Asian sides, respectively. For the ground motion the filtered white noise model is considered and applied in the vertical direction, the intensity parameter of this model is obtained by using the S16E component of Pacoima Dam record of 1971 San Fernando earthquake. An analytically simple model called as filtered white noise ground motion model is chosen to represent the earthquake ground motion. When compared with the uniform ground motion case, the results obtained from the spatial variability models with partial correlation outline the necessity to include the spatial variability of ground motions in the stochastic dynamic analysis of suspension bridges. It is observed that while the largest response values are obtained for the model proposed by Harichandran and Vanmarcke, the model proposed by Uscinski produces the smallest responses among the considered partially correlated ground motion models. The response values obtained from the uniform ground motion case are usually smaller than those of the responses obtained from the partially correlated ground motion cases. While the response values at the flexible parts of the bridge are totally dominated by the dynamic component, the pseudo-static component also has significant contributions for the response values at the rigid parts of the bridge. The results also show the consistency of the spatial variability models, which have different characteristics, considered in this study.
Multi-span steel-concrete composite (SCC) bridges are very sensitive to earthquake loading. Extensive damage may occur not only in the substructures (piers), which are expected to yield, but also in the other components (e.g., deck, abutments) involved in carrying the seismic loads. Current seismic codes allow the design of regular bridges by means of linear elastic analysis based on inelastic design spectra. In bridges with superstructure transverse motion restrained at the abutments, a dual load path behavior is observed. The sequential yielding of the piers can lead to a substantial change in the stiffness distribution. Thus, force distributions and displacement demand can significantly differ from linear elastic analysis predictions. The objectives of this study are assessing the influence of piers-deck stiffness ratio and of soil-structure interaction effects on the seismic behavior of continuous SCC bridges with dual load path, and evaluating the suitability of linear elastic analysis in predicting the actual seismic behavior of these bridges. Parametric analysis results are presented and discussed for a common bridge typology. The response dependence on the parameters is studied by nonlinear multi-record incremental dynamic analysis (IDA). Comparisons are made with linear time history analysis results. The results presented suggest that simplified linear elastic analysis based on inelastic design spectra could produce very inaccurate estimates of the structural behavior of SCC bridges with dual load path.
The applications of smartphones or other portable smart devices have dramatically changed people's lifestyle. Researchers have been investigating useage of smartphones for structural health monitoring, earthquake monitoring, vibration measurement and human posture recognition. Their results indicate a great potential of smartphones for measuring pedestrian-induced loads like walking, jumping and bouncing. Smartphone can catch the device's motion trail, which provides with a new method for pedestrain load measurement. Therefore, this study carried out a series of experiments to verify the application of the smartphone for measuring human-induced load. Shaking table tests were first conducted in order to compare the smartphones' measurements with the real input signals in both time and frequency domains. It is found that selected smartphones have a satisfied accuracy when measuring harmonic signals of low frequencies. Then, motion capture technology in conjunction with force plates were adopted in the second-stage experiment. The smartphone is used to record the acceleration of center-of-mass of a person. The human-induced loads are then reconstructed by a biomechanical model. Experimental results demonstrate that the loads measured by smartphone are good for bouncing and jumping, and reasonable for walking.
The present research intends to study the effects of the seismic soil-foundation-structure interaction (SFSI) on the dynamic response of various buildings. Two methods including direct and Cone model were studied through 3D finite element method using ABAQUS software. Cone model as an approximate method to consider the SFSI phenomenon was developed and evaluated for both high and low rise buildings. Effect of soil nonlinearity, foundation rigidity and embedment as well as friction coefficient between soil-foundation interfaces during seismic excitation are investigated. Validity and performance of both approaches are evaluated as reference graphs for Cone model and infinite boundary condition, soil nonlinearity and amplification factor for direct method. A series of calculations by DeepSoil for inverse earthquake record modification was conducted. A comparison of the two methods was carried out by root-mean-square-deviation (RMSD) tool for maximum lateral displacement and story shear forces which verifies that Cone model results have good agreement with direct method. It was concluded that Cone method is a convenient, fast and rather accurate method as an approximate way to count for soil media.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.1438-1445
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2008
The purpose of this study is to evaluate the fundamental frequency of the dam by the various methods using real microearthquake records which were measured on 'H' dam site and to compare each results. In this study, the fundamental frequency was evaluated by the frequency analysis of the microearthquake records which were measured on the dam crest, by the evaluation of acceleration amplification ratio between the foundation and the crest of dam, and by the evaluation of acceleration response spectrum ratio between the foundation and the crest of dam, respectively. Among these methods, it was found that the method by the evaluation of acceleration response spectrum ratio between the foundation and the crest of dam was the most effective method. But, if the simple engineering judgement can be considered, it was thought that the all three methods could reasonably evaluate the fundamental frequency of the dam.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.28
no.2
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pp.289-295
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2010
Yangsan fault system is a large fault more than 170km and one of the important structures Geologically that has been create recently in the Korean Peninsula. Debates have been made incessantly and widely throughout the Yangsan fault system because it's a lot of earthquake record. In this study, GPS data that was received from Yangsan GPS station in were processed by the Precise Point Positioning and the movement velocity was calculated by the statistical process about the results, where is the fault zone. The results showed that Yangsan is moving by azimuth angle of $126^{\circ}$ and the velocity of 49mm/year. It is respected that this results will be utilized in basic data about geophysics.
The effects of variability of the mechanical properties of lead rubber bearings on the response of a seismic isolation system are investigated. Material variability in manufacturing, aging, and operation temperature is assumed, and two variation models of an isolation system are considered. To evaluate the effect of ground motion characteristics on the response, 27 earthquake record sets with different peak A/V ratios were selected, and three components of ground motions were used for a seismic response analysis. The response in an isolation system and a superstructure increases significantly for ground motions with low A/V ratios. The variation in the mechanical properties of isolators results in a significant influence on the shear strains of the isolators and the acceleration response of the superstructure. The variation provisions in the ASCE-4 are reasonable, but more strict variation limits should be given to isolation systems subjected to ground motions having low A/V ratios. For application of seismic isolation systems to safety-related nuclear structures, the variation in the material and mechanical properties of the isolation system should be properly controlled during the manufacturing and aging processes. In addition, special consideration should be given to minimize the accidental torsion caused by the dissimilarity in the stiffness variations of the isolators.
The dams are huge structures storing a large amount of water and failures of them cause especially irreparable loss of lives during the earthquakes. They are named as a group of structures subjected to fluid-structure interaction. So, the response of the fluid and its hydrodynamic pressures on the dam should be reflected more accurately in the structural analyses to determine the real behavior as soon as possible. Different mathematical and analytical modelling approaches can be used to calculate the water hydrodynamic pressure effect on the dam body. In this paper, it is aimed to determine the dynamic response of concrete gravity dams using different water modelling approaches such as Westergaard, Lagrange and Euler. For this purpose, Sariyar concrete gravity dam located on the Sakarya River, which is 120km to the northeast of Ankara, is selected as a case study. Firstly, the main principals and basic formulation of all approaches are given. After, the finite element models of the dam are constituted considering dam-reservoir-foundation interaction using ANSYS software. To determine the structural response of the dam, the linear transient analyses are performed using 1992 Erzincan earthquake ground motion record. In the analyses, element matrices are computed using the Gauss numerical integration technique. The Newmark method is used in the solution of the equation of motions. Rayleigh damping is considered. At the end of the analyses, dynamic characteristics, maximum displacements, maximum-minimum principal stresses and maximum-minimum principal strains are attained and compared with each other for Westergaard, Lagrange and Euler approaches.
Due to the severe impacts of recent earthquakes, the use of seismic isolation is paramount for the safety of nuclear structures. The diversity observed in seismic events demands ongoing research to analyze the devastating attributes involved, and hence to enhance the sustainability of base-isolated nuclear power plants. This study reports the seismic performance of a seismically-isolated nuclear reactor containment building (NRCB) under strong short-period ground motions (SPGMs) and long-period ground motions (LPGMs). The United States Nuclear Regulatory Commission-based design response spectrum for the seismic design of nuclear power plants is stipulated as the reference spectrum for ground motion selection. Within the period range(s) of interest, the spectral matching of selected records with the target spectrum is ensured using the spectral-compatibility approach. NRC-compliant SPGMs and LPGMs from the mega-thrust Tohoku earthquake are used to obtain the structural response of the base-isolated NRCB. To account for the lack of earthquakes in low-to-moderate seismicity zones and the gap in the artificial synthesis of long-period records, wavelet-decomposition based autoregressive moving average modeling for artificial generation of real ground motions is performed. Based on analysis results from real and simulated SPGMs versus LPGMs, the performance of NRCBs is discussed with suggestions for future research and seismic provisions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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