In order to consider high-order effects on the actual limit state function, a new response surface method is proposed for structural reliability analysis by the use of high-order approximation concept in this study. Hermite polynomials are used to determine the highest orders of input random variables, and the sampling points for the determination of highest orders are located on Gaussian points of Gauss-Hermite integration. The cross terms between two random variables, only in case that their corresponding percent contributions to the total variation of limit state function are significant, will be added to the response surface function to improve the approximation accuracy. As a result, significant reduction in computational cost is achieved with this strategy. Due to the addition of cross terms, the additional sampling points, laid on two-dimensional Gaussian points off axis on the plane of two significant variables, are required to determine the coefficients of the approximated limit state function. All available sampling points are employed to construct the final response surface function. Then, Monte Carlo Simulation is carried out on the final approximation response surface function to estimate the failure probability. Due to the use of high order polynomial, the proposed method is more accurate than the traditional second-order or linear response surface method. It also provides much more efficient solutions than the available high-order response surface method with less loss in accuracy. The efficiency and the accuracy of the proposed method compared with those of various response surface methods available are illustrated by five numerical examples.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.3
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pp.271-280
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2003
The purpose of the study presented in this paper is to develope the general model for capture of the linear and nonlinear response of a flexible diaphragm building in which there are significant contributions from the out-of-plane walls. Two single-story single-diaphragm half scale reinforced masonry buildings were tested by researchers at the United States Army Construction Engineering Research Laboratory (CERL). The first had a metal deck diaphragm. The second specimen had a diaphragm with a single layer of diagonal lumber sheathing, A multiple degree of freedom (MDOF) approach is adopted in this paper. The required stiffnesses and strengths of the components within this model are determined.
In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.
This paper presents the results of a monodirectional shaking table test on a full-scale unreinforced masonry cross vault characterized by asymmetric boundary conditions. The specimen represents a vault of the mosque of Dey in Algiers (Algeria), reproducing in detail the mechanical characteristics of masonry, and the constructive details including the presence of some peculiar wooden logs placed within the vault's abutments. The vault was tested with and without the presence of two steel bars which connect two opposite sides of the vault. The dynamic behaviour of both the vault's configurations were studied by using an incremental dynamic analysis up to the collapse of the vault without the steel bars. The use of an innovative high-resolution 3D optical system allowed measure displacement data of the cross vault during the shake table tests. The experimental results were analysed in terms of evolution of damage mechanisms, and in-plane and out-of-plane deformations. Moreover, the dynamic properties of the structure were investigated by means of an experimental modal analysis.
The comprehension and structural modeling of masonry constructions is fundamental to safeguard the integrity of built cultural assets and intervene through adequate actions, especially in earthquake-prone regions. Despite the availability of several modeling strategies and modern computing power, modeling masonry remains a great challenge because of still demanding computational efforts, constraints in performing destructive or semi-destructive in-situ tests, and material uncertainties. This paper investigates the shear behavior of masonry walls by applying a plane-stress FE continuum model with the Modified Masonry-like Material (MMLM). Epistemic uncertainty affecting input parameters of the MMLM is considered in a probabilistic framework. After appointing a suitable probability density function to input quantities according to prior engineering knowledge, uncertainties are propagated to outputs relying on gPCE-based surrogate models to considerably speed up the forward problem-solving. The sensitivity of the response to input parameters is evaluated through the computation of Sobol' indices pointing out the parameters more worthy to be further investigated, when dealing with the seismic assessment of masonry buildings. Finally, masonry mechanical properties are calibrated in a probabilistic setting with the Bayesian approach to the inverse problem based on the available measurements obtained from the experimental load-displacement curves provided by shear compression in-situ tests.
Previous major earthquakes revealed that most damage of the buried segmented pipelines occurs at the joints of the pipelines. It has been proven that the differential motions between the pipe segments are one of the primary reasons that results in the damage (Zerva et al. 1986, O'Roueke and Liu 1999). This paper studies the combined influences of ground motion spatial variations and local soil conditions on the seismic responses of buried segmented pipelines. The heterogeneous soil deposits surrounding the pipelines are assumed resting on an elastic half-space (base rock). The spatially varying base rock motions are modelled by the filtered Tajimi-Kanai power spectral density function and an empirical coherency loss function. Local site amplification effect is derived based on the one-dimensional wave propagation theory by assuming the base rock motions consist of out-of-plane SH wave or combined in-plane P and SV waves propagating into the site with an assumed incident angle. The differential axial and lateral displacements between the pipeline segments are stochastically formulated in the frequency domain. The influences of ground motion spatial variations, local soil conditions, wave incident angle and stiffness of the joint are investigated in detail. Numerical results show that ground motion spatial variations and local soil conditions can significantly influence the differential displacements between the pipeline segments.
Journal of the Korean Institute of Rural Architecture
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v.12
no.2
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pp.77-84
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2010
Hanok has been widely distributed as a support policy by local governments for the purpose of improving residential environment. In this study, Hanok in a rural area was founded was to evaluate the user's satisfaction. Hanok between residents and the perception of architects and tries to figure out the difference. Current Hanok residents showed higher satisfaction, but they showed negative response for high construct cost, plane form of building, insulation performance and noise. According to the comparison of recognition between residents and architectural designers, they showed differences in "Low soundproofing", "lack of storage space", "Equipment", "Tile", "The modularity of the flat panel design", and "The modularity of construction materials" and it was examined that architectural designers group had higher preference for traditional materials and forms. For succeeding to the traditional architectural factors of Hanok and distributing it as modern house, the research on use of modern materials and modulation of plane and members should be performed for reducing construction cost and improving insulation performance.
Duenas-Osorio, Leonardo;Park, Joonam;Towashiraporn, Peeranan;Goodno, Barry J.;Frost, David;Craig, James I.;Bostrom, Ann
Structural Engineering and Mechanics
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v.17
no.3_4
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pp.527-537
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2004
Consequence-Based Engineering (CBE) is a new paradigm proposed by the Mid-America Earthquake Center (MAE) to guide evaluation and rehabilitation of building structures and networks in areas of low probability - high consequence earthquakes such as the central region of the U.S. The principal objective of CBE is to minimize consequences by prescribing appropriate intervention procedures for a broad range of structures and systems, in consultation with key decision makers. One possible intervention option for rehabilitating unreinforced masonry (URM) buildings, widely used for essential facilities in Mid-America, is passive energy dissipation (PED). After the CBE process is described, its application in the rehabilitation of vulnerable URM building construction in Mid-America is illustrated through the use of PED devices attached to flexible timber floor diaphragms. It is shown that PED's can be applied to URM buildings in situations where floor diaphragm flexibility can be controlled to reduce both out-of-plane and in-plane wall responses and damage. Reductions as high as 48% in roof displacement and acceleration can be achieved as demonstrated in studies reported below.
Sarhosis, V.;Asteris, P.G.;Mohebkhah, A.;Xiao, J.;Wang, T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.633-653
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2016
One of the major threats to the stability of classical columns and colonnades are earthquakes. The behavior of columns under high seismic excitation loads is non-linear and complex since rocking, wobbling and sliding failure modes can occur. Therefore, three dimensional simulation approaches are essential to investigate the in-plane and out-of-plane response of such structures during harmonic and seismic loading excitations. Using a software based on the Distinct Element Method (DEM) of analysis, a three dimensional numerical study has been performed to investigate the parameters affecting the seismic behaviour of colonnades' structural systems. A typical section of the two-storey colonnade of the Forum in Pompeii has been modelled and studied parametrically, in order to identify the main factors affecting the stability and to improve our understanding of the earthquake behaviour of such structures. The model is then used to compare the results between 2D and 3D simulations emphasizing the different response for the selected earthquake records. From the results analysis, it was found that the high-frequency motion requires large base acceleration amplitude to lead to the collapse of the colonnade in a shear-slip mode between the drums. However, low-frequency harmonic excitations are more prominent to cause structural collapse of the two-storey colonnade than the high-frequency ones with predominant rocking failure mode. Finally, the 2D analysis found to be unconservative since underestimates the displacement demands of the colonnade system when compared with the 3D analysis.
Murthy, A. Rama Chandra;Ganapathi, S. Chitra;Iyer, Nagesh R.;Lakshmanan, N.;Bhagavan, N.G.
Computers and Concrete
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v.10
no.1
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pp.1-18
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2012
This paper presents the details of studies conducted on hollow concrete block masonry (HCBM) units and wall panels. This study includes, compressive strength of unit block, ungrouted and grouted HCB prisms, flexural strength evaluation, testing of HCBM panels with and without opening. Non-linear finite element (FE) analysis of HCBM panels with and without opening has been carried out by simulating the actual test conditions. Constant vertical load is applied on the top of the wall panel and then lateral load is applied in incremental manner. The in-plane deformation is recorded under each incremental lateral load. Displacement ductility factors and response reduction factors have been evaluated based on experimental results. From the study, it is observed that fully grouted and partially reinforced HCBM panel without opening performed well compared to other types of wall panels in lateral load resistance and displacement ductility. In all the wall panels, shear cracks originated at loading point and moved towards the compression toe of the wall. The force reduction factor of a wall panel with opening is much less when compared with fully reinforced wall panel with no opening. The displacement values obtained by non-linear FE analysis are found to be in good agreement with the corresponding experimental values. The influence of mortar joint has been included in the stress-strain behaviour as a monolith with HCBM and not considered separately. The derived response reduction factors will be useful for the design of reinforced HCBM wall panels subjected to lateral forces generated due to earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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