Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.1
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pp.45-52
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2009
In this paper, a guideline for designing breakwater in wave loads and in seismic loads is proposed. A simple model structure in breaking wave zone is examined using Morison equation in consideration with the effect of an impact load, for evaluation of the wave loads. As the impact load effect is not significant, pressure distributions according to Goda are applied for evaluation of wave loads on breakwater. Structural behavior of breakwater in wave loads can be obtained using the Goda method, as well. For seismic analysis, Ofunato and Hachinohe models, as well as an artificial seismic acceleration loads model, are adopted. Soil-structure interaction analysis is carried out to find the seismic load effect. It is found that, in certain cases, structural deformation in wave loads is in the same level as deformation that in seismic loads. Thus, it is our recommendation that these two loads are considered at the same level in breakwater design.
An aircraft impact (AI) on a nuclear power plant (NPP) is considered to be a beyond-design-basis event that draws considerable attention in the nuclear field. As some NPPs have already adopted the seismic isolation technology, and there are relevant standards to guide the application of this technology in future NPPs, a new challenge is that nuclear power engineers have to determine a reasonable method for performing AI analysis of base-isolated NPPs. Hence, dynamic influences of the seismic isolation on the vibration and structural damage characteristics of the base-isolated CPR1000 containment are studied under various aircraft loads. Unlike the seismic case, the impact energy of AI is directly impacting on the superstructure. Under the coupled influence of the seismic isolation and the various AI load, the flexible isolation layer weakens the constraint function of the foundation on the superstructure, the results show that the seismic isolation bearings will produce a large horizontal deformation if the AI load is large enough, the acceleration response at the base-mat will also be significantly affected by the different horizontal stiffness of the isolation bearing. These concerns require consideration during the design of the seismic isolation system.
This paper presents a method for assessing the dynamic responses of gravity-based structures (GBS) under various seismic loads, with a focus on fluid-structure-ground interactions. Models of GBSs and their surrounding environments were developed, incorporating interaction effects among the structure, seawater, and seabed. Dynamic responses of the GBS subjected to three seismic loads-Chi-Chi, Northridge01, and Northridge02-were calculated, with consideration of both horizontal and vertical accelerations, as well as displacements. Parametric studies indicated that the primary factors affecting the dynamic responses of GBS were seismic loads characterized by significant input forces and accelerations. The frictional force on the ground had minimal impact on the horizontal and vertical displacements of the GBS. Weight emerged as a critical factor in anchoring the GBS to the ground and minimizing vertical accelerations and displacements.
Tavakoli, Hamid R.;Naghavi, Fahime;Goltabar, Ali R.
Earthquakes and Structures
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v.9
no.3
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pp.639-656
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2015
Seismic isolation devices are commonly used to mitigate damages caused by seismic responses of structures. More damages are created due to progressive collapse in structures. Therefore, evaluating the impact of the isolation systems to enhance progressive collapse-resisting capacity is very important. In this study, the effect of lead rubber bearing isolation system to increase the resistance of structures against progressive collapse was evaluated. Concrete moment resisting frames were used in both the fixed and base-isolated model structures. Then, progressive collapse-resisting capacity of frames was investigated using the push down nonlinear static analysis under gravity loads that specified in GSA guideline. Nonlinear dynamic analysis was performed to consider dynamic effects column removal under earthquake. The results of the push down analysis are highly dependent on location of removal column and floor number of buildings. Also, seismic isolation system does not play an effective role in increasing the progressive collapse-resisting capacities of structures under gravity loads. Base isolation helps to localize failures and prevented from spreading it to intact span under seismic loads.
In this study, the reliability analysis of internal and external stabilities of Reinforced Soil Walls (RSWs) under static and seismic loads are investigated so that it can help the geotechnical engineers to perform the design more realistically. The effect of various variables such as angle of internal soil friction, soil specific gravity, tensile strength of the reinforcements, base friction, surcharge load and finally horizontal earthquake acceleration are examined assuming the variables uncertainties. Also, the correlation coefficient impact between variables, sensitivity analysis, mean change, coefficient of variation and type of probability distribution function were evaluated. In this research, external stability (sliding, overturning and bearing capacity) and internal stability (tensile rupture and pull out) in both static and seismic conditions were investigated. Results of this study indicated sliding as the predominant failure mode in the external stability and reinforcing rupture in the internal stability. First-Order Reliability Method (FORM) are applied to estimate the reliability index (or failure probability) and results are validated using the Monte Carlo Simulation (MCS) method. The results showed among all variables, the internal friction angle and horizontal earthquake acceleration have dominant impact on the both reinforced soil wall internal and external stabilities limit states. Also, the type of probability distribution function affects the reliability index significantly and coefficient of variation of internal friction angle has the greatest influence in the static and seismic limits states compared to the other variables.
In designing earthquake-resistant structures, we traditionally select dynamic loads based on the recurrence period of earthquakes, using individual seismic records or aligning them with the design spectrum. However, these records often represent isolated waveforms lacking continuity, underscoring the need for a deeper understanding of natural seismic phenomena. The Earth's crustal movement, both before and after a significant earthquake, can trigger a series of both minor and major seismic events. These minor earthquakes, which often occur in short time before or after the major seismic events, prompt a critical reassessment of their potential impact on structural design. In this study, we conducted a detailed tunnel response analysis to assess the impact of both single mainshock and multiple earthquake scenarios (including foreshock-mainshock and mainshock-aftershock sequences). Utilizing numerical analysis, we explored how multiple earthquakes affect tunnel deformation. Our findings reveal that sequential seismic events, even those of moderate magnitude, can exert considerable stress on tunnel lining, resulting in heightened bending stress and permanent displacement. This research highlights a significant insight: current seismic design methodologies, which predominantly focus on the largest seismic intensity, may fail to account for the cumulative impact of smaller, yet frequent, seismic events like foreshocks and aftershocks. Our results demonstrate that dynamic analyses considering only a single mainshock are likely to underestimate the potential damage (i.e., ovaling deformation, failure lining, permanent displacement etc.) when compared to analyses that incorporate multiple earthquake scenarios.
Based on limit equilibrium principles, this study presents a theoretical derivation of a new analytical formulation for estimating magnitude and lateral earth pressure distribution on a retaining wall subjected to seismic loads. The proposed solution accounts for failure wedge inclination, unit weight and friction angle of backfill soil, wall roughness, and horizontal and vertical seismic ground accelerations. The current analysis predicts a nonlinear lateral earth pressure variation along the wall with and without seismic loads. A parametric study is conducted to examine the influence of various parameters on lateral earth pressure distribution. Findings reveal that lateral earth pressure increases with the increase of horizontal ground acceleration while it decreases with the increase of vertical ground acceleration. Compared to classical theory, the position of resultant lateral earth force is located at a higher distance from wall base which in turn has a direct impact on wall stability and economy. A numerical example is presented to illustrate the computations of lateral earth pressure distribution based on the suggested analytical method.
Kim, Dongchang;Kim, Gungyu;Kwag, Shinyoung;Eem, Seunghyun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.6
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pp.231-236
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2023
The importance of Structural Health Monitoring (SHM) in the industry is increasing due to various loads, such as earthquakes and wind, having a significant impact on the performance of structures and equipment. Estimating responses is crucial for the effective health management of these assets. However, using numerous sensors in facilities and equipment for response estimation causes economic challenges. Additionally, it could require a response from locations where sensors cannot be attached. Digital twin technology has garnered significant attention in the industry to address these challenges. This paper constructs a digital twin system utilizing the Long Short-Term Memory (LSTM) model to estimate responses in a pipe system under simultaneous seismic load and arbitrary loads. The performance of the data-driven digital twin system was verified through a comparative analysis of experimental data, demonstrating that the constructed digital twin system successfully estimated the responses.
According to the definition, progressive collapse could occur due to the initial partial failure of the structural members which by spreading to the adjacent members, could result in partial or overall collapse of the structure. Up to now, most researchers have investigated the progressive collapse due to explosion, fire or impact loads. But new research has shown that the seismic load could also be a factor for initiation of the progressive collapse. In this research, the progressive collapse capacity for the 5 and 15-story steel special moment resisting frames using push-down nonlinear static analysis, and nonlinear dynamic analysis under the gravity loads specified in the GSA Guidelines, were studied. After identifying the critical members, in order to investigate the seismic progressive collapse, the 5-story steel special moment resisting frame was analyzed by the nonlinear time history analysis under the effect of earthquakes with different characteristics. In order to account for the initial damage, one of the critical columns was weakened at the initiation of the earthquake or its Peak Ground Acceleration (PGA). The results of progressive collapse analyses showed that the potential of progressive collapse is considerably dependent upon location of the removed column and the number of stories, also the results of seismic progressive collapse showed that the dynamic response of column removal under the seismic load is completely dependent on earthquake characteristics like Arias intensity, PGA and earthquake frequency contents.
Tohamy, Mohamed. A.;Elsayed, Mostafa. M.;Akl, Adel. Y.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.3
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pp.319-330
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2022
Retrofit of soft-story buildings due to seismic loads using Gap-Inclined-Brace (GIB) system is considered a new retrofit technique that aims to maintain both strength and stiffness of structure. In addition, it provides more ductility and less P-delta effect, and subsequently better performance is observed. In this paper, the effect of the eccentricity between GIB and the retrofitted column due to installation on the efficiency of the retrofitting system is studied. In addition, a modification in the determination method of GIB properties is introduced to reduce the eccentricity effect. Also, the effect of GIB system on the seismic response of mid-rise buildings with different heights considering soft-story at various heights has been studied. A numerical model is developed to study the impact of such system on the response of retrofitted soft-story buildings under the action of seismic loads. To achieve that goal, this model is used to perform a numerical investigation, by considering five case study scenarios represent several locations of soft-story of two mid-rise reinforced concrete buildings. At first, Non-linear static pushover analysis was carried out to develop the capacity curves for case studies. Then, Non-linear time history analyses using ten earthquake records with five peak ground accelerations is performed for each case study scenario before and after retrofitting with GIB. The results show that large GIB eccentricity reduce the ultimate lateral resistance and deformation capacity of the retrofitting system. Moreover, the higher the retrofitted building, the more deformation capacity is observed but without significant increase in ultimate lateral resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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