In this study, the performances of a passive tuned mass damper (TMD) and a semi-active TMD (STMD) were evaluated in terms of seismic response control of elastic and inelastic structures under seismic loads. First, elastic displacement spectra were obtained for damped structures with a passive TMD and with a STMD proposed in this study. The displacement spectra confirmed that the STMD provided much better control performance than passive TMD and the STMD had less stroke requirement. Also, the robustness of the TMD was evaluated by off-tuning the frequency of the TMD to that of the structure. Finally, numerical analyses were conducted for an inelastic structure of hysteresis described by the Bouc-Wen model. The results indicated that the performance of the passive TMD whose design parameters were optimized for an elastic structure considerably deteriorated when the hysteretic portion of the structural responses increased, and that the STMD showed about 15-40% more response reduction than the TMD.
It is well recognized that structures designed to resist strong ground motions should be able to withstand substantial inelastic deformations. A simple procedure has been developed in this paper to monitor the dynamic earthquake response (time-history analysis) of both steel and concrete multistorey buildings in the inelastic range. The building is treated as a shear beam model with three degrees of freedom per floor. The entire analysis has been programmed to run on a microcomputer and can output time histories of displacements, velocities, accelerations and member internal forces at any desired location. A record of plastic hinge formation and restoration to elastic state is also provided. Such information can be used in aseismic analysis and design of multistorey buildings so as to control the damage and optimize their performance.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.241-248
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2015
There are a lot of equipment related to safety and electric power production in nuclear power plants. The structure and equipment in NPPs were generally designed considering a high safety factor to remain in the elastic zone under earthquake load. However it is needed to revaluate the seismic capacity of the structure and equipment as the magnitude of earthquake was recently increased. In this study the floor response due to the nonlinear behaviors of structure was analyzed and the inelastic structural response factor was calculated by the nonlinear time history analysis. The inelastic structural response factor was calculated by the EPRI method and the nonlinear analysis method to realistically evaluate the seismic fragility for the equipment. According to the analysis result, it was represented that the inelastic structural response factor was affected by the natural frequency of equipment, the location of equipment and the dynamic property of structure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.1
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pp.69-75
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2023
In Korea, most nuclear power plants were designed based on the design response spectrum of Regulatory Guide 1.60 of the NRC. However, in the case of earthquakes occurring in the country, the characteristics of seismic motions in Korea and the design response spectrum differed. The seismic motion in Korea had a higher spectral acceleration in the high-frequency range compared to the design response spectrum. The seismic capacity may be reduced when evaluating the seismic performance of the equipment with high-frequency earthquakes compared with what is evaluated by the design response spectrum for the equipment with a high natural frequency. Therefore, EPRI proposed the inelastic energy absorption factor for the equipment anchorage. In this study, the seismic performance of welding anchorage was evaluated by considering domestic seismic characteristics and EPRI's inelastic energy absorption factor. In order to reflect the characteristics of domestic earthquakes, the uniform hazard response spectrum (UHRS) of Uljin was used. Moreover, the seismic performance of the equipment was evaluated with a design response spectrum of R.G.1.60 and a uniform hazard response spectrum (UHRS) as seismic inputs. As a result, it was confirmed that the seismic performance of the weld anchorage could be increased when the inelastic energy absorption factor is used. Also, a comparative analysis was performed on the seismic capacity of the anchorage of equipment by the welding and the extended bolt.
Performance-based seismic design allows a structure to develop inelastic response during earthquakes. This modern seismic design requires more clearly defined levels of inelastic response. The ultimate deformation of a structure without total collapse (target displacement) is used to obtain the inelastic deformation capacity (inelastic performance). The inelastic performance of a structure indicates its performance under excitation. In this study, a new energy-based method to obtain the target displacement for reinforced concrete frames under cyclic loading is proposed. Concrete structures were analyzed using nonlinear static (pushover) analysis and cyclic loading. Failure of structures under cyclic loading was controlled and the new method was tested to obtain target displacement. In this method, the capacity energy absorption of the structures for both pushover and cyclic analyses were considered to be equal. The results were compared with FEMA-356, which confirmed the accuracy of the proposed method.
Whereas the potential of static inelastic analysis methods is recognised in earthquake design and assessment, especially in contrast with elastic analysis under scaled forces, they have inherent shortcomings. In this paper, critical issues in the application of inelastic static (pushover) analysis are discussed and their effect on the obtained results appraised. Areas of possible developments that would render the method more applicable to the prediction of dynamic response are explored. New developments towards a fully adaptive pushover method accounting for spread of inelasticity, geometric nonlinearity, full multi-modal, spectral amplification and period elongation, within a framework of fibre modelling of materials, are discussed and preliminary results are given. These developments lead to static analysis results that are closer than ever to inelastic time-history analysis. It is concluded that there is great scope for improvements of this simple and powerful technique that would increase confidence in its employment as the primary tool for seismic analysis in practice.
Multiple acceleration sequences of earthquake ground motions have been observed in many regions of the world. Such ground motions can cause large damage to the structures due to accumulation of inelastic deformation from the repeated sequences. The dynamic analysis of inelastic structures under repeated acceleration sequences generated from simulated and recorded accelerograms without sequences has been recently studied. However, the characteristics of recorded earthquake ground motions of multiple sequences have not been studied yet. This paper investigates the gross characteristics of earthquake records of multiple sequences from an engineering perspective. The definition of the effective number of acceleration sequences of the ground shaking is introduced. The implication of the acceleration sequences on the structural response and damage of inelastic structures is also studied. A set of sixty accelerograms is used to demonstrate the general properties of repeated acceleration sequences and to investigate the associated structural inelastic response.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.523-528
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2001
The Capacity Spectrum Method (CSM) was first introduced in the 1970's as rapid evaluation procedure. The procedure compares the capacity of the structure (in the form of a pushover curve) with the demands on the structure (in the form of a response spectrum). The graphical intersection of the two curves approximates the response of the structure. In order to account for nonlinear inelastic behavior of the structural system, effective ductility ratios(μ) are applied to the elastic-linear response spectrum to imitate an inelastic response spectrum. CSM in ATC-40 has deficiencies such as performance point does not converge and the peak deformation of inelastic systems is to be inaccurate when compared against results of nonlinear response history analysis. The purpose of this paper is to investigate the variation of performance points of Capacity Spectrum Method (CSM) are investigated with respect to the different sets of earthquake ground motions. The earthquake sets were used in this study selected by Miranda(1993), Riddell(1991), Seed et al. (1976).
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.1
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pp.1-10
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2013
In order to predict inelastic displacement response without nonlinear dynamic analysis, the equal displacement rule can be used for the structures with longer natural periods than the characteristic period, $T_g$, of earthquake record. In the period range longer than $T_g$, peak displacement responses of elastic systems are equal or larger than those of inelastic systems. In the period range shorter than $T_g$, opposite trend occurs. In the equal displacement rule, it is assumed that peak displacement of inelastic system with longer natural period than $T_g$ equals to that of elastic system with same natural period. The equal displacement rule is very useful for seismic design purpose of structures with longer natural period than $T_g$. In the period range shorter than $T_g$, the peak displacement of inelastic system can be simply evaluated from the peak displacement of elastic system by using the inelastic displacement ratio, which is defined as the ratio of the peak inelastic displacement to the peak elastic displacement. Smooth hysteretic behavior is more similar to actual response of real structural system than a piece-wise linear hysteretic behavior such as bilinear or stiffness degrading behaviors. In this paper, the inelastic displacement ratios of the smooth hysteretic behavior system are evaluated for far-fault and near-fault earthquakes. The simple formula of inelastic displacement ratio considering the effect of $T_g$ is proposed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.6
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pp.400-406
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2021
The primary effect of the far-field underwater explosion (UNDEX) is the whipping of the ship hull girder. This paper aims to verify why inelastic effects should be considered in the whipping response estimations from the UNDEX simulations. A navy ship was modeled using Timoshenko beam elements over the ship length uniformly keeping the constant midship section modulus. The transient UNDEX pressure was produced using two types of the Geers-Hunter doubly-asymptotic models: compressible and incompressible fluids. Because the UNDEX model based on incompressible fluid assumption provided more increased fluid volume acceleration in the bubble phase, the incompressible fluid-based UNDEX model was adopted for the inelastic whipping response analyses. The non-linear hull girder bending moment-curvature curve was used to embed inelastic effects in the UNDEX analyses where the Smith method was applied to derive the non-linear stiffness. We assumed two stand-off distances to see more apparent inelastic effects: 40.5 m and 35.5 m. In the case of the 35.5 m stand-off distance, there was a statistically significant inelastic effect in terms of the average of peak moments and the average exceeding proportional limit moments. For the conservative design of a naval ship under UNDEX, it is recommended to use incompressible fluid. In the viewpoint of cost-effective naval ship design, the inelastic effects should be taken into account.
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