CHOI IN-KlL;KIM MIN KYU;CHOUN YOUNG-SUN;SEO JEONG-MOON
Nuclear Engineering and Technology
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v.37
no.2
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pp.191-200
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2005
Shaking table tests of the seismic behavior of a steel frame structure model were performed. The purpose of these tests was to estimate the effects of a near-fault ground motion and a scenario earthquake based on a probabilistic seismic hazard analysis for nuclear power plant structures. Three representative kinds of earthquake ground motions were used for the input motions: the design earthquake ground motion for the Korean nuclear power plants, the scenario earthquakes for Korean nuclear power plant sites, and the near-fault earthquake record from the Chi-Chi earthquake. The probability-based scenario earthquakes were developed for the Korean nuclear power plant sites using the PSHA data. A 4-story steel frame structure was fabricated to perform the tests. Test results showed that the high frequency ground motions of the scenario earthquake did not damage the structure at the nuclear power plant site; however, the ground motions had a serious effect on the equipment installed on the high floors of the building. This shows that the design earthquake is not conservative enough to demonstrate the actual danger to safety related nuclear power plant equipment.
The dynamic response and seismic damage of single-layer reticulated shells in the near field of a rupturing fault can be different from those in the far field due to the different characteristics in the ground motions. To investigate the effect, the dynamic response and seismic damage of this spatial structures subjected to two different ground motions were numerically studied by nonlinear dynamic response analysis. Firstly, twelve seismic waves with an apparent velocity pulse, including horizontal and vertical seismic waves, were selected to represent the near-fault ground motion characteristics. In contrast, twelve seismic records recorded at the same site from other or same events where the epicenter was far away from the site were employed as the far-fault ground motions. Secondly, the parametric modeling process of Kiewitt single-layer reticulated domes using the finite-element package ANSYS was described carefully. Thirdly, a nonlinear time-history response analysis was carried out for typical domes subjected to different earthquakes, followed by analyzing the dynamic response and seismic damage of this spatial structures under two different ground motions based on the maximum nodal displacements and Park-Ang index as well as dissipated energy. The results showed that this spatial structures in the near field of a rupturing fault exhibit a larger dynamic response and seismic damage than those obtained from far-fault ground motions. In addition, the results also showed that the frequency overlap between structures and ground motions has a significant influence on the dynamic response of the single-layer reticulated shells, the duration of the ground motions has little effects.
Reinforced concrete core-wall structures with buckling-restrained brace outriggers are interesting systems which have the ability to absorb and dissipate energy during strong earthquakes. Outriggers can change the energy demand in a tall building. In this paper, the energy demand was studied by using the nonlinear time history analysis for the mentioned systems. First, the structures were designed according to the prescriptive codes. In the dynamic analysis, three approaches for the core-wall were investigated: single plastic hinge (SPH), three plastic hinge (TPH) and extended plastic hinge (EPH). For SPH approach, only one plastic hinge is allowed at the core-wall base. For TPH approach, three plastic hinges are allowed, one at the base and two others at the upper levels. For EPH approach, the plasticity can extend anywhere in the wall. The kinetic, elastic strain, inelastic and damping energy demand subjected to forward directivity near-fault and ordinary far-fault earthquakes were studied. In SPH approach for all near-fault and far-fault events, on average, more than 65 percent of inelastic energy is absorbed by buckling-restrained braces in outrigger. While in TPH and EPH approaches, outrigger contribution to inelastic energy demand is reduced. The contribution of outrigger to inelastic energy absorption for the TPH and EPH approaches does not differ significantly. The values are approximately 25 and 30 percent, respectively.
Base isolation is a well-established passive strategy for seismic response control of buildings. In this paper, an efficient framework is proposed for reliability-based design optimization (RBDO) of isolated buildings subjected to uncertain earthquakes. The framework uses reduced function evaluations method, as an efficient tool for structural reliability analysis, and an efficient optimization algorithm for optimal structural design. The probability of failure is calculated considering excessive base displacement, superstructure inter-storey drifts, member stress ratios and absolute accelerations of floors of the isolated building as failure events. The behavior of rubber bearing isolators is modeled using nonlinear hysteretic model and the variability of future earthquakes is modeled by applying a probabilistic approach. The effects of pulse component of stochastic near-fault ground motions, fixity-factor of semi-rigid beam-to-column connections, values of isolator parameters, earthquake magnitude and epicentral distance on the performance and safety of semi-rigidly connected base-isolated steel framed buildings are studied. Suitable RBDO examples are solved to illustrate the results of investigations.
Semi-active control equipments are used to effectually enhance the seismic behavior of structures. Magneto-rheological (MR) dampers are semi-active devices that can be utilized to control the response of structures during seismic loads and have received voracious attention for response suppression. They supply the adaptability of active devices and stability and reliability of passive devices. This paper presents an optimal fuzzy logic control scheme for vibration mitigation of buildings using magneto-rheological dampers subjected to near-fault ground motions. Near-fault features including a directivity pulse in the fault-normal direction and a fling step in the fault-parallel direction are considered in the requisite ground motion records. The membership functions and fuzzy rules of fuzzy controller were optimized by genetic algorithm (GA). Numerical study is performed to analyze the influences of near-fault ground motions on a building that is equipped with MR dampers. Considering the uncontrolled system response as the base line, the proposed method is scrutinized by analogy with that of a conventional maximum dissipation energy (MED) controller to accentuate the effectiveness of the fuzzy logic algorithm. Results reveal that the fuzzy logic controllers can efficiently improve the structural responses and MR dampers are quite promising for reducing seismic responses during near-fault earthquakes.
Ganjavi, Behnoud;Hadinejad, Amirali;Jafarieh, Amir Hossein
Steel and Composite Structures
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v.32
no.1
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pp.91-110
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2019
In the present study, the effects of six different ground motion scaling methods on inelastic response of nonlinear steel moment frames (SMFs) are studied. The frames were designed using energy-based PBPD approach with the design concept using pre-selected target drift and yield mechanism as performance limit state. Two target spectrums are considered: maximum credible earthquake spectrum (MCE) and design response spectrum (DRS). In order to investigate the effects of ground motion scaling methods on the response of the structures, totally 3216 nonlinear models including three frames with 4, 8 and 16 stories are designed using PBPD approach and then they are subjected to ensembles of ground motions including 42 far-fault and 90 near-fault pulse-type records which were scaled using the six different scaling methods in accordance to the two aforementioned target spectrums. The distributions of maximum inter-story drift over the height of the structures are computed and compared. Finally, the efficiency and reliability of each ground motion scaling method to estimate the maximum nonlinear inter-story drift of special steel moment frames designed by energy-based PBPD approach are statistically investigated, and the most suitable scaling methods with the lowest dispersion for two groups of earthquake ground motions are introduced.
Ground motions recorded in near-fault sites, where the rupture propagates toward the site, are significantly different from those observed in far-fault regions. In this research, finite element modeling is used to investigate the effect of pile cap stiffness on the seismic response of soil-pile-structure systems under near-fault ground motions. The Von Wolffersdorff hypoplastic model with the intergranular strain concept is applied for modeling of granular soil (sand) and the behavior of structure is considered to be non-linear. Eight fault-normal near-field ground motion records, recorded on rock, are applied to the model. The numerical method developed is verified by comparing the results with an experimental test (shaking table test) for a soil-pile-structure system. The results, obtained from finite element modeling under near-fault ground motions, show that when the value of cap stiffness increases, the drift ratio of the structure decreases, whereas the pile relative displacement increases. Also, the residual deformations in the piles are due to the non-linear behavior of soil around the piles.
Eskandari, Reyhaneh;Vafaei, Davoud;Vafaei, Javid;Shemshadian, Mohammad Ebrahim
Earthquakes and Structures
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v.12
no.2
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pp.191-200
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2017
In this paper, the seismic performance of reinforced concrete braced frames (RC-BF) under far- and near-fault motions was investigated. Four-, eight-, 12- and 16-story RC-BFs were designed on the basis of a code-design method for a high risk seismic zone. Nonlinear static and dynamic analyses of the frames have been performed using OpenSees software. To consider diverse characteristics of near-fault motions, records with forward-directivity and fling-step effects were employed. From the results obtained in the analytical study it is concluded that the used design method was reasonable and the mean maximum drift of the frames under all ground motion sets were in acceptable range. For intermediate- and high-rise buildings the near-fault motions imposed higher demands than far-faults.
In many parts of the world, reinforced concrete (RC) buildings, designed and built in accordance with older codes, have suffered severe damage or even collapse as a result of recent near-fault earthquakes. This is particularly due to the deficiencies of most of the older (and even some of the recent) codes in dealing with near fault events. In this study, a tested three-storey frame designed for gravity loads only was selected to represent those deficient buildings. Nonlinear time history analyses were performed, followed by damage assessment procedures. The results were compared with experimental observation of the same frame showing a good match. Damage and fragility analyses of the frame subjected to 204 pulse-type motions were then performed using a selected damage model and inter-storey drifts. The results showed that the frame located in near-fault regions is extremely vulnerable to ground motions. The results also showed that the damage model better captures the damage distribution in the frame than inter-storey drifts. The first storey was identified as the most fragile and the inner columns of the first storey suffered most damage as indicated by the damage index. The findings would be helpful in the decision making process prior to the strengthening of buildings in near-fault regions.
4- and 8-storey reinforced-concrete frame buildings are analyzed under the suites of the near-fault pulse-like, and the corresponding spectrally equivalent far-fault ground-motion records. Seismic fragility curves for the slight, moderate, extensive, and complete damage states are developed, and the damage probability matrices, and the mean loss ratios corresponding to the Design Basis Earthquake and the Maximum Considered Earthquake hazard levels are compared, for the investigated buildings and sets of ground-motion records. It is observed that the spectrally equivalent far-fault ground-motion records result in comparable estimates of the fragility curve parameters, as that of the near-fault pulse-like ground-motion records. As a result, the derived damage probability matrices and mean loss ratios using two suites of ground-motion records differ only marginally (of the order of ~10%) for the investigated levels of seismic hazard, thus, implying the potential for application of the spectrally equivalent ground-motion records, for seismic fragility and risk assessment at the near-fault sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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