In this study, a series of dynamic centrifuge tests were performed for a soil-foundation-structural interaction system in dry sand with various embedded depths and superstructure conditions. Sinusoidal wave, sweep wave and real earthquake were used as input motion with various input acceleration and frequencies. Based on the results, a natural period and an earthquake load for soil-structure interaction system were evaluated by comparing the free-field and foundation accelerations. The natural period of free field is longer than that of the soil-foundation-structure system. In addition, it is confirmed that the earthquake load for soil-foundation-structure system is smaller than that of free-field in short period region. In contrast, the earthquake load for soil-foundation-structure interaction system is larger than that of free-field in long period region. Therefore, the current seismic design method, applying seismic loading of free-field to foundation, could overly underestimate seismic load and cause unsafe design for long period structures, such as high-rise buildings.
In this study, a numerical method is developed for nonlinear analysis for soil-pile-structure interaction system in time domain. Finite elements considering material nonlinearity are used for the near field and boundary elements for the far field. In the near field, frame elements are used for modeling a pile and plane-strain elements for surrounding soil and superstructure. In. the far field, boundary element formulation using the dynamic fundamental solution is adopted and coupled with the near field. Transformation of stiffness matrices of boundary elements into time domain is performed by inverse FFT. Stiffness matrices in the near field and far field are coupled. Newmark direct time integration method is applied. Developed soil-pile-structure interaction analysis method is verified with available literature and commercial code. Also, parametric studies by developed numerical method are performed. And seismic response analysis is performed using actual earthquake records.
In this study, the nonlinear soil structure interaction analysis method based on finite element and boundary element method is developed. In the seismic region, the nonlinearity of near field soil has to be considered for more exact reflection of soil-structure interaction effect. Thus, nonlinear finite element program coupled with boundary elements is developed for nonlinear soil-structure interaction analysis. Using the developed numerical algorithm, the nonlinear soil-structure interaction analysis is performed and responses due to dynamic forces and seismic excitation are investigated. The developed method is verified by comparing with previous studies.
A time domain method is presented for soil-structure interaction analysis under seismic excitations. It is based on the finite element formulation incorporating infinite elements for the far field soil region. Equivalent earthquake input forces are calculated based on the free field responses along the interface between the near and far field soil regions utilizing the fixed exterior boundary method in the frequency domain. Then, the input forces are transformed into the time domain by using inverse Fourier transform. The dynamic stiffness matrices of the far field soil region formulated using the analytical frequency-dependent infinite elements in the frequency domain can be easily transformed into the corresponding matrices in the time domain. Hence, the response can be analytically computed in the time domain. A recursive procedure is proposed to compute the interaction forces along the interface and the responses of the soil-structure system in the time domain. Earthquake response analyses have been carried out on a multi-layered half-space and a tunnel embedded in a layered half-space with the assumption of the linearity of the near and far field soil region, and results are compared with those obtained by the conventional method in the frequency domain.
In this study, a numerical method for soil-pile-structure interaction problems in multi-layered half-plane is developed. The total soil-pile-structure interaction system is divided into two parts namely, nonlinear structure part and linear soil-pile interaction parts. In the structure field, the general finite element method is introduced to solve the dynamic equation of motion for the structure. In the soil-pile structure interaction part, physical model consisting of lumped parameter, which is frequency dependent coefficient and determined by rigorous analysis method is introduced. Using proposed analysis procedure, the nonlinear behavior of structure considering soil-structure interaction can be efficiently determined in time domain and the analysis cost is dramatically reduced.
The effect of soil structure interaction (SSI) on seismic response of a multi-degree-of-freedom structure isolated with a friction pendulum system (FPS) is studied. In the analysis, the soil is considered as an elastic continuum and is modeled using the finite element method. The effect of SSI on response of the structure is evaluated for twenty far-field and twenty near-fault earthquake ground motions. The effect of friction coefficient of sliding material of FPS on SSI is also studied. The results of the study show that the seismic response of the structure increases for majority of the earthquake ground motions due to SSI. The sliding displacement and base shear are underestimated if SSI effects are ignored in the seismic analysis of structures isolated with FPS.
Choi, Won Young;Kwon, Jae Hyun;Chang, Joonyeon;Han, Suk Hee;Koo, Hyun Cheol
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.394-394
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2013
The spin-orbit interaction has received great attention in the field of spintronics, because of its property and applicability. For instance, the spin-orbit interaction induces spin precession which is the key element of spin transistor proposed by Datta and Das, since frequency of precession can be controlled by electric field. The spin-orbit interaction is classified according to its origin, Dresselhaus and Rashba spin-orbit interaction. In particular, the Rashba spin-orbit interaction is induced by inversion asymmetry of quantum well structure and the slope of conduction band represents the strength of Rashba spin-orbit interaction. The strength of spin-orbit interaction is experimentally obtained from the Shubnikov de Hass (SdH) oscillation. The SdH oscillation is resistance change of channel for perpendicular magnetic field as a result of Zeeman spin splitting of Landau level, quantization of cyclotron motion by applied magnetic field. The frequency of oscillation is different for spin up and down due to the Rashba spin-orbit interaction. Consequently, the SdH oscillation shows the beat patterns. In many research studies, the spin-orbit interaction was treated as a tool for electrical manipulation of spin. On the other hands, it can be considered that the Rashba field, effective magnetic field induced by Rashba effect, may interact with external magnetic field. In order to investigate this issue, we utilized InAs quantum well layer, sandwiched by InGaAs/InAlAs as cladding layer. Then, the SdH oscillation was observed with tilted magnetic field in y-z plane. The y-component (longitudinal term) of applied magnetic field will interact with the Rashba field and the z-component (perpendicular term) will induce the Zeeman effect. As a result, the strength of spin-orbit interaction was increased (decreased), when applied magnetic field is parallel (anti-parallel) to the Rashba field. We found a possibility to control the spin precession with magnetic field.
본 연구에서는 지반-구조물 상호작용을 고려한3차원 지반-구조계의 지진응답 해석을 수행하고 그 기법의 적용성과 타당성을 검토한다. 이를 위해 구조물과 구조물 주변의 근역지반을3차원 유한요소로서 모델링하고 원역지반에 대해서는 기 개발한 3차원 동적 무한요소를 적용한다. 모든 입사 성분P, SV 그리고 SH파가 고려되었을 때, 등가 지진하중은 무한요소에 의해 구해진 무한 지반의 동적 강성과 자유장 해석을 통해 구해진 지반의 응력과 변위응답을 이용하여 구해진다. 검증 및 적용 예제는 적층 자유장의 지반응답해석과 전형적 원자로 격납건물의 지반-구조물 상호작용을 고려한 층응답 스펙트럼을 구하는 것으로 하였다. 해석 결과는 다른 기법에 의해 구해진 값들과 비교하였으며, 본 기법의 정확성과 정밀성을 확인할 수 있다.
Mohammad Mahmoudi;Abbas Ghasemi;Shahriar Tavousi Tafreshi
Structural Engineering and Mechanics
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제91권5호
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pp.469-486
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2024
Electric transformers are major components of electrical systems, and damage to them caused by earthquakes can result in significant financial loss. The current study modeled a three-dimensional (3D) isolated electrical transformer under horizontal and vertical records from different earthquakes. Instead of using fixed coefficients, an improved wavelet method has been used to create the greatest compatibility between the response spectra and the target spectrum. This method has primarily been used for dynamic analysis of isolated structures with spring-damper devices because it has shown greater accuracy in predicting the response of such structures. The effect of the nonlinear soil-structure interaction on the probability of transformer failure also has been investigated. Soil and structure interaction modeling was carried out using a beam on a nonlinear Winkler foundation. The effect of the nonlinear soil-structure interaction during dynamic analysis of transformers revealed that the greatest increase in the probability of transformer failure was in the fixed-base condition when the structure was located on soft soil. This intensified the response of the structure and increased the probability of transformer failure by up to 27% for far-field and up to 95% for near-field ground motions. A comparison of the results indicates that the use of 3D isolation systems in transformers in areas with soft clay that are subject to near-field ground motions can strongly reduce the probability of failure and improve the seismic performance of the transformer.
한국지진공학회 2000년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.427-434
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2000
This paper presents a computer program for a 2-D fluid-structure-soil interaction analysis. With this computer program the fluid can be modeled by a spurious free 4-node displacement-based fluid element which uses rotational penalty and mass projection technique in conjunction with the one point reduced integration scheme to remove the spurious zero energy modes. The structure and near field soil are discretized by the standard finite elements while the unbounded far field soil are discretized by the standard finite elements while the unbounded far field soil is represented by the frequency dependent dynamic infinite elements. Sine this method models directly the fluid-structure-soil system it can be applied to the dynamci analysis of 2-D liquid storage structure with complex geometry. For the purpose of verification dynamic analyses for tanks on a rigid foundation and on compliant embankment are carried out. Comparison of the present results with those by ANSYS program shows good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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