Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.4
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pp.45-58
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1997
This paper describes a series of shaking table and pseudodynamic tests for evaluation of seismic performance of base-isolated structures subjected to various seismic earthquake inputs. The main objectives of this study are : (1) evaluation of the effectiveness of base-isolation systems for low-rise structures against severe seismic loads through shaking table tests, (2) verification of the substructuring pseudodynamic test method for the base-isolated structures in comparison with the shaking table test results. In the shaking table test, a quarter scaled three-story structure base-isolated by laminated rubber bearings is tested. In the pseudodynamic test, only the laminated rubber bearing s are tested using the substructuring technique, while the concurrent seismic responses of the superstructure are computed using on-line numerical integration. Comparison with the shaking table test results indicates that the substructuring pseudodynamic test method is very effective for determining the dynamic responses of the base-isolated structure.
In this study, a new recentering friction device (RFD) to retrofit steel moment frame structures is introduced. The device provides both self-centering and energy dissipation capabilities for the retrofitted structure. A hybrid performance-based seismic design procedure considering multiple limit states is proposed for designing the device and the retrofitted structure. The design of the RFD is achieved by modifying the conventional performance-based seismic design (PBSD) procedure using computational intelligence techniques, namely, genetic algorithm (GA) and artificial neural network (ANN). Numerous nonlinear time-history response analyses (NLTHAs) are conducted on multi-degree of freedom (MDOF) and single-degree of freedom (SDOF) systems to train and validate the ANN to achieve high prediction accuracy. The proposed procedure and the new RFD are assessed using 2D and 3D models globally and locally. Globally, the effectiveness of the proposed device is assessed by conducting NLTHAs to check the maximum inter-story drift ratio (MIDR). Seismic fragilities of the retrofitted models are investigated by constructing fragility curves of the models for different limit states. After that, seismic life cycle cost (LCC) is estimated for the models with and without the retrofit. Locally, the stress concentration at the contact point of the RFD and the existing steel frame is checked being within acceptable limits using finite element modeling (FEM). The RFD showed its effectiveness in minimizing MIDR and eliminating residual drift for low to mid-rise steel frames models tested. GA and ANN proved to be crucial integrated parts in the modified PBSD to achieve the required seismic performance at different limit states with reasonable computational cost. ANN showed a very high prediction accuracy for transformation between MDOF and SDOF systems. Also, the proposed retrofit showed its efficiency in enhancing the seismic fragility and reducing the LCC significantly compared to the un-retrofitted models.
Lu Deng;Min Zhu;Michael C.H. Yam;Ke Ke;Zhongfa Zhou;Zhonghua Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.589-605
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2023
This paper investigates the ductility demands of steel frames equipped with self-centring fuses under near-fault earthquake motions considering multiple yielding stages. The study is commenced by verifying a trilinear self-centring hysteretic model accounting for multiple yielding stages of steel frames equipped with self-centring fuses. Then, the seismic response of single-degree-of-freedom (SDOF) systems following the validated trilinear self-centring hysteretic law is examined by a parametric study using a near-fault earthquake ground motion database composed of 200 earthquake records as input excitations. Based on a statistical investigation of more than fifty-two (52) million inelastic spectral analyses, the effect of the post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio on the mean ductility demand of the system is examined in detail. The analysis results indicate that the increase of post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio reduces the ductility demands of the self-centring oscillators responding in multiple yielding stages. A set of empirical expressions for quantifying the ductility demands of trilinear self-centring hysteretic oscillators are developed using nonlinear regression analysis of the analysis result database. The proposed regression model may offer a practical tool for designers to estimate the ductility demand of a low-to-medium rise self-centring steel frame equipped with self-centring fuses progressing in the ultimate stage under near-fault earthquake motions in design and evaluation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.3
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pp.179-188
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2012
Performance analyses of vertical breakwaters were conducted for fictitiously designed breakwaters for various water depths to analyze the influence of climate change on the structures. The performance-based design method considering sea level rise and wave height increase due to climate change was used for the performance analysis. One of the problems of the performance-based design method is the large calculation time of wave transformation. To overcome this problem, the SWAN model combined with artificial neural network was used. The significant wave height and principal wave direction at the breakwater site are quickly calculated by using a trained neural network with inputs of deepwater significant wave height and principal wave direction, and tidal level. In general, structural stability becomes low due to climate change impacts, but the trend of stability is different depending on water depth. Outside surf zone, the influence of wave height increase becomes more significant, while that of sea level rise becomes negligible, as water depth increases. Inside surf zone, the influence of both wave height increase and sea level rise diminishes as water depth decreases, but the influence of wave height increase is greater than that of sea level rise. Reinforcement and maintenance policies for vertical breakwaters should be established with consideration of these results.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.4
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pp.225-233
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2018
One of engineered woods, glued laminated timber (GLT), can provide a constant level of performance and desired strength even if the quality of wood is low. Due to this fact, there is a growing interest in GLT using domestic species and related research has been carried out continuously. In addition, GLT is popularly being applied to the long-span or high-rise structures overseas. However, KBC 2016 does not allow the engineered woods to be used for middle and high-rise buildings by limiting height. Therefore, a proper design procedure and rationale should be clearly presented by the help of performance-based seismic design. With this background, the goal of this study is to establish a specific procedure for design of a 9-story building with RC shear walls and GLT frames according to the performance-based design of KBC 2016. The performance objectives were set according to KBC and the acceptance criteria for each goal were defined. The RC shear walls and GLT frames were designed by concrete and wood structure requirements, respectively. Analytical models were developed to reflect their nonlinear features, and both nonlinear static and dynamic analyses were conducted. Performance evaluation results showed that the shear walls have insufficient shear strength, so they were re-designed. Consequently, it has been confirmed that GLT frames can be applied to a 9-story office building with the assistance of RC shear walls and performance-based seismic design.
The goal of energy-based seismic design is to obtain a structural design with a higher energy dissipation capacity than the energy dissipation demands incurred under earthquake motions. Accurate estimation of the story hysteretic energy demand of a multi-story structure is the key to meeting this goal. Based on the assumption of a mode-equivalent single-degree-of-freedom system, the energy equilibrium relationship of a multi-story structure under seismic action is transformed into that of a multi-mode analysis of several single degree-of-freedom systems. A simplified equation for the estimation of the story seismic hysteretic energy demand was then derived according to the story shear force and deformation of multi-story buildings, and the deformation and energy relationships between the mode-equivalent single-degree-of-freedom system and the original structure. Sites were categorized into three types based on soil hardness, namely, hard soil, intermediate hard (soft) soil, and soft soil. For each site type, a 5-story and 10-story reinforced concrete frame structure were designed and employed as calculation examples. Fifty-six earthquake acceleration records were used as horizontal excitations to validate the accuracy of the proposed method. The results verify the following. (1) The distribution of seismic hysteretic energy along the stories demonstrate a degree of regularity. (2) For the low rise buildings, use of only the first mode shape provides reasonably accurate results, whereas, for the medium or high rise buildings, several mode shapes should be included and superposed to achieve high precision. (3) The estimated hysteretic energy distribution of bottom stories tends to be underestimated, which should be modified in actual applications.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.25
no.6
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pp.68-74
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2011
The touch or step voltages which exist in the vicinity of a grounding electrode are closely related to the earth structure and resistivity and the ground current. The grounding design approach is required to determine the grounding electrode location where the hazardous voltages are minimized. In this paper, in order to propose a method of mitigating the electric shock hazards caused by the ground surface potential rise in the vicinity of a counterpoise, the hazards relevant to touch voltage were evaluated as a function of the soil resistivity ratio $\rho_2/\rho_1$ for several practical values of two-layer earth structures. The touch voltage and current on the ground surface just above the test electrode are calculated with CDEGS program. As a consequence, it was found that burying a grounding electrode in the soil with low resistivity is effective to reduce the electric shock hazards. In the case that the bottom layer soil where a counterpoise is buried has lower resistivity than the upper layer soil, when the upper layer soil resistivity is increased, the surface potential is slightly raised, but the current through the human body is reduced with increasing the upper layer soil resistivity because of the greater contact resistance between the earth surface and the feet. The electric shock hazard in the vicinity of grounding electrodes is closely related to soil structure and resistivity and are reduced with increasing the ration of the upper layer resistivity to the bottom layer resistivity in two-layer soil.
Kim, Sung-Wan;Jeon, Bub-Gyu;Cheung, Jin-Hwan;Kim, Seong-Do
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.6
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pp.77-83
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2019
Upon installing a seismic isolation device on a nuclear power plant, the device takes on the suppression of seismic loads. This is expected to bring about a larger displacement than what is seen prior to the installation of the seismic isolation device. Depending on the displacement change, the seismic risk for some equipment can increase. Particularly in case of the piping system, which is used for connecting the structure isolated from seismic events with common structures, the seismic risk is expected to rise significantly. In this study, the limit state of the steel pipe tee, which is a vulnerability part of the nuclear power plant piping system, was defined as leakage, and an in-plane cyclic loading test was conducted. As it is difficult to measure the moment and rotation of the steel pipe tee using the conventional sensors, an image signal was used. This study proposed a leakage line and low-cycle fatigue curves using the relationship between the moment and the rotation of a 3-inch steel pipe tee.
Wind loading is very important, even dominant in some cases, to large-span single-layer reticulated shells. At present, usually equivalent static methods based on quasi-steady assumption, as the same as the wind-resistant design of low-rise buildings, are used in the structural design. However, it is not easy to estimate a suitable equivalent static wind load so that the effects of fluctuating component of wind on the structural behaviors, especially on structural stability, can be well considered. In this paper, the effects of fluctuating component of wind load on the stability of a single-layer reticulated spherical shell model are investigated based on wind pressure distribution measured simultaneously in the wind tunnel. Several methods used to estimate the equivalent static wind load distribution for equivalent static wind-resistant design are reviewed. A new simple method from the stability point of view is presented to estimate the most unfavorable wind load distribution considering the effects of fluctuating component on the stability of shells. Finally, with comparisive analyses using different methods, the efficiency of the presented method for wind-resistant analysis of single-layer reticulated shells is established.
One of the major components for performance based seismic design is accurate estimation of critical seismic demand parameters. While nonlinear seismic analysis is the most appropriate analysis method for estimation of seismic demand parameters, this method is very time consuming and complex. Single mode pushover analysis method, N2 method and multi-mode pushover analysis method, modal pushover analysis (MPA) are two nonlinear static methods that have recently been used for seismic performance evaluation of few lateral load-resisting systems. This paper further investigates the applicability of N2 and MPA methods for estimating the seismic demands of ductile unstiffened steel plate shear walls (SPSWs). Three different unstiffened SPSWs (4-, 8-, and 15-storey) designed according to capacity design approach were analysed under artificial and real ground motions for Vancouver. A comparison of seismic response quantities such as, height-wise distribution of floor displacements, storey drifts estimated using N2 and MPA methods with more accurate nonlinear seismic analysis indicates that both N2 and MPA procedures can reasonably estimates the peak top displacements for low-rise SPSW buildings. In addition, MPA procedure provides better predictions of inter-storey drifts for taller SPSW. The MPA procedure has been extended to provide better estimate of base shear of SPSW.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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