This paper presents the results of an analytical study to evaluate the inelastic seismic response characteristics of multistory building structures, the effects of gravity load on the seismic responses and its implications on the earthquake resistant design. Static analyses for incremental lateral force and nonlinear dynamic analyses for earthquake motions were performed to evaluate the seismic response of example multistory building structures. Most of considerations are placed on the distribution of inelastic responses over the height of the structure. When an earthquake occurs, bending moment demand is increased considerably from the top to the bottom of multistory structures, so that differences between bending moment demands and supplies are greater in lower floos of multistory structures. As a result, for building structures designed by the current earthquake resistant design procedure, inelastic deformations for earthquake ground motions do not distribute uniformly over the height of structures and those are induced mainly in bottom floors. In addition, gravity load considerded in design procedure tends to cause much larger damages in lower floors. From the point of view of seismic responses, gravity load affects the initial yield time of griders in earlier stage of strong earthquakes and results in different inelastic responses among the plastic hinges that form in the girders of a same floor. However, gravity load moments at beam ends are gradually reduced and finally fully relaxed after a structure experiences some inelastic excursions as a ground motion is getting stronger. Reduction of gravity load moment results in much increased structural damages in lower floors building structures. The implications of the effects of gravity load for seismic design of multistory building structures are to reduce the contributions of gravity load and to increased those of seismic load in determination of flexual strength for girders and columns.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.5
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pp.1025-1037
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2015
Flexible base isolation bearings that separate superstructure from ground have been widely used in the construction field because they make a significant contribution to increasing the fundamental period of the structure, thereby decreasing response acceleration transmitted into the superstructure. However, the established bearing devices installed to uphold the whole building give rise to some problems involved with failure and collapse due to lack of the capacity as modern structures are getting more massive and higher. Therefore, this study suggests new isolation bearings assembled with additional restrainers enabled to reinforcing and recentering, and then evaluates their performance to withstand the seismic load. The superelastic shape memory alloy (SMA) bars are installed into the conventional lead-rubber bearing (LRB) devices in order to provide recentering forces. These new systems are modeled as component spring models for the purpose of conducting nonlinear dynamic analyses with near fault ground motion data. The LRB devices with steel bars are also designed and analyzed to compare their responses with those of new systems. After numerical analyses, ultimate strength, maximum displacement, permanent deformation, and recentering ratio are compared to each model with an aim to investigate which base isolation models are superior. It can be shown that LRB models with superelastic SMA bars are superior to other models compared to each other in terms of seismic resistance and recentering effect.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1C
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pp.63-74
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2008
Site response analyses were performed based on equivalent linear technique using the local geologic and dynamic site characteristics, which include soil profiles, shear wave velocity profiles and depth to bedrock for 125 sites collected in Korean Peninsula. From the results of site response analyses, 2-parameters site classification system based on the combination of mean shear wave velocity of soil and depth to bedrock was newly recommended for regions of shallow bedrock depth in Korea. First, as the borders of bedrock depth (H) for site classification were determined as 10m and 20m, the soil sites were divided into 3 classes as $H_1$, $H_2$ and $H_3$ sites. And then, the 3 site classes were subdivided into 7 classes based on the mean shear wave velocity of soil ($V_{s,soil}$). The feasibility of new site classification system was verified and the representative site coefficients ($F_a$ and $F_v$) and design response spectrum were suggested by analyzing uniform trend and dispersion of site coefficients for each site class. The suggested site coefficients and the regression curves present the nonlinear characteristics of soils according to the change of rock outcrop acceleration with uniform trend effectively. From the comparison between the mean values of response spectrum which was acquired from the site response analysis and the suggested design response spectrum, there was a little difference in some of site classes and it was verified to adjust the integration interval to make it more suitable for the site condition in Korea.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.4
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pp.21-32
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2004
A Seismic analysis procedure of bi-directional brideg motions is developed by using mechanical bridge model. A three-dimensional mechanical model can consider major phenomena under bi-directional seismic excitations, such as nonlinear pier motion under biaxial bending, pounding and bearing damage due to the rotaion of the superstructure, etc. The analyses utilizing the uni-directional and the bi-directional bridge model for the 3-span simply supported bridge are then performed. The seismic responses in two cases are examined and compared by investigating the relative displacements of each superstructure to both ground and adjacent superstructures and the restoring forces of RC pier. The analysis using either the uni-directional model or bi-directional model is acceptable for estimating the displacement responses of a bridge, but the bi-directional analysis is found to give more conservative results for resisting forces of RC piers. To make general conclusions, therefore, the analysis using the bi-directional bridge model should be performed in evaluating the seismic safety of bridges.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.3
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pp.875-888
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2013
The researches have recently progressed toward the use of the superelastic shape memory alloys (SMAs) to develop new smart control systems that reduce permanent deformation occurring due to severe earthquake events and that automatically recover original configuration. The superelastic SMA materials are unique metallic alloys that can return to undeformed shape without additional heat treatments only after the removal of applied loads. Once the superelastic SMA materials are thus installed at the place where large deformations are likely to intensively occur, the structural system can make the best use of recentering capabilities. Therefore, this study is intended to propose new buckling-restrained braced frames (BRBFs) with superelastic SMA bracing systems. In order to verify the performance of such bracing systems, 6-story braced frame buildings were designed in accordance with the current design specifications and then nonlinear dynamic analyses were performed at 2D frame model by using seismic hazard ground motions. Based on the analysis results, BRBFs with innovative SMA bracing systems are compared to those with conventional steel bracing systems in terms of peak and residual inter-story drifts. Finally, the analysis results show that new SMA bracing systems are very effective to reduce the residual inter-story drifts.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.9
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pp.724-731
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2016
As the structural damage caused by earthquakes has been gradually increasing, estimating the seismic fragility of structures has become essential for earthquake preparation. Seismic fragility curves are widely used as a probabilistic indicator of structural safety against earthquakes, and many researchers have made efforts to develop them in a more accurate and effective manner. However, most of the previous research studies used simplified 2D analytical models when deriving fragility curves, mainly to reduce the numerical simulation time; however, in many cases 2D models are inadequate to accurately evaluate the seismic behavior of a structure and its seismic vulnerability. Thus, this study provides a way to derive more accurate, but still effective, seismic fragility curves by using 3D analytical models. In this method, the reliability analysis software, FERUM, is integrated with the structural analysis software, ZEUS-NL, enabling the automatic exchange of data between these two software packages, and the first order reliability method (FORM), which is not a sampling-based method, is utilized to calculate the structural failure probabilities. These tools make it possible to conduct structural reliability analyses effectively even with 3D models. By using the proposed method, this study conducted a seismic vulnerability assessment of RC frame structures with their 3D analytical models.
In eccentrically braced steel frames (EBFs), the links are fuse members which enter inelastic phase before other structure members and dissipate the seismic energy. Based on the force-based seismic design method, damages and plastic deformations are limited to the links, and the main structure members are required tremendous sizes to ensure elastic with limited or no damage. Force-based seismic design method is very common and is found in most design codes, it is unable to determine the inelastic response of the structure and the damages of the members. Nowadays, methods of seismic design are emphasizing more on performance-based seismic design concept to have a more realistic assessment of the inelastic response of the structure. Links use ordinary steel Q345 (the nominal yielding strength $f_y{\geq}345MPa$) while other members use high strength steel (Q460 $f_y{\geq}460MPa$ or Q690 $f_y{\geq}690MPa$) in eccentrically braced frames with high strength steel combination (HSS-EBFs). The application of high strength steels brings out many advantages, including higher safety ensured by higher strength in elastic state, better economy which results from the smaller member size and structural weight as well as the corresponding welding work, and most importantly, the application of high strength steel in seismic fortification zone, which is helpful to popularize the extensive use of high strength steel. In order to comparison seismic behavior between HSS-EBFs and ordinary EBFs, on the basis of experimental study, four structures with 5, 10, 15 and 20 stories were designed by PBSD method for HSS-EBFs and ordinary EBFs. Nonlinear static and dynamic analysis is applied to all designs. The loading capacity, lateral stiffness, ductility and story drifts and failure mode under rare earthquake of the designs are compared. Analyses results indicated that HSS-EBFs have similar loading capacity with ordinary EBFs while the lateral stiffness and ductility of HSS-EBFs is lower than that of EBFs. HSS-EBFs and ordinary EBFs designed by PBSD method have the similar failure mode and story drift distribution under rare earthquake, the steel weight of HSS-EBFs is 10%-15% lower than ordinary EBFs resulting in good economic efficiency.
Selection or generation of appropriate input ground motion is very important in performing a dynamic analysis. In Korea, it is a common practice to use recorded strong ground motions or artificial motions. The recorded motions show non-stationary characteristics, which is a distinct property of all earthquake motions, but have the problem of not matching the design response spectrum. The artificial motions match the design spectrum, but show stationary characteristics. This study generated ground motions that preserve the non-stationary characteristics of a real earthquake motion, but also matches the design spectrum. In the process, an impulse function-based algorithm that adjusts a given time series in time domain such that it matches the target response spectrum is used. Application of the algorithm showed that it can successfully adjust any recorded motions to match the target spectrum and also preserve the non-stationary characteristics. The modified motions are used to perform a series of nonlinear site response analyses. It is shown that the results using the adjusted motions result in more reliable estimates of ground vibration. It is thus recommended that the newly adjusted motions be used in practice instead of original recorded motions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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