Static pushover analyses of typical existing reinforced concrete frames, designed according to the previous generations of design codes in Greece, have established these structures' inelastic characteristics, namely overstrength, global ductility capacity and available behaviour factor q, under planar response. These were compared with the corresponding demands at the collapse limit state target performance point. The building stock considered accounted for the typical variability, among different generations of constructed buildings in Greece, in the form, the seismic design code in effect and the material characteristics. These static pushover analyses are extended, in the present study, in the time history domain. Consequently, the static analysis predictions are compared with Incremental Dynamic Analysis results herein, using a large number of spectrum compatible recorded base excitations of recent destructive earthquakes in Greece and abroad, following, for comparison, similar conventional limiting failure criteria as before. It is shown that the buildings constructed in the 70s exhibit the least desirable behaviour, followed by the buildings constructed in the 60s. As the seismic codes evolved, there is a notable improvement for buildings of the 80s, when the seismic code introduced end member confinement and the requirement for a joint capacity criterion. Finally, buildings of the 90s, designed to modern codes exhibit an exceptionally good performance, as expected by the compliance of this code to currently enforced seismic provisions worldwide.
This paper investigates the effect of aftershocks on the seismic performance of self-centering (SC) prestressed concrete frames using the probabilistic seismic demand analysis methodology. For this purpose, a 4-story SC concrete frame and a conventional reinforced concrete (RC) frame are designed and numerically analyzed through nonlinear dynamic analyses based on a set of as-recorded mainshock-aftershock seismic sequences. The peak and residual story drifts are selected as the demand parameters. The probabilistic seismic demand models of the SC and RC frames are compared, and the SC frame is found to have less dispersion of peak and residual story drifts. The results of drift demand hazard analyses reveal that the SC frame experiences lower peak story drift hazards and significantly reduced residual story drift hazards than the RC frame when subjected to the mainshocks only or the mainshock-aftershock sequences, which demonstrates the advantages of the SC frame over the RC frame. For both the SC and RC frames, the influence of as-recorded aftershocks on the drift demand hazards is small. It is shown that artificial aftershocks can produce notably increased drift demand hazards of the RC frame, while the incremental effect of artificial aftershocks on the drift demand hazards of the SC frame is much smaller. It is also found that aftershock polarity does not influence the drift demand hazards of both the SC and RC frames.
Samimifar, Maryam;Massumi, Ali;Moghadam, Abdolreza S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.3
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pp.289-301
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2019
Hysteretic energy is defined as energy dissipated through inelastic deformations during a ground motion by the system. It includes frequency content and duration of ground motion as two remarkable parameters, while these characteristics are not seen in displacement spectrum. Since maximum displacement individually cannot be the appropriate criterion for damage assessment, hysteretic energy has been evaluated in this research as a more comprehensive seismic demand parameter. An innovative methodology has been proposed to establish a new equivalent linear model to estimate hysteretic energy spectrum for bilinear SDOF models under two different sets of earthquake excitations. Error minimization has been defined in the space of equivalent linearization concept, which resulted in equivalent damping and equivalent period as representative parameters of the linear model. Nonlinear regression analysis was carried out for predicting these equivalent parameter as a function of ductility. The results also indicate differences between seismic demand characteristics of far-field and near-field ground motions, which are not identified by most of previous equations presented for predicting seismic energy. The main advantage of the proposed model is its independency on parameters related to earthquake and response characteristics, which has led to more efficiency as well as simplicity. The capability of providing a practical energy based seismic performance evaluation is another outstanding feature of the proposed model.
The objective of this study is to propose new seismic intensity parameters based on the Hilbert spectrum and to associate them with the seismic damage potential. In recent years the assessment of even more seismic features derived from the seismic acceleration time-histories was associated with the structural damage. For a better insight into the complex seismic acceleration time-history, Hilbert-Huang Transform (HHT) analysis is utilized for its processing, and the Hilbert spectrum is obtained. New proposed seismic intensity parameters based on the Hilbert spectrum are derived. The aim is to achieve a significant estimation of the seismic damage potential on structures from the proposed new intensity parameters confirmed by statistical methods. Park-Ang overall structural damage index is used to describe the postseismic damage status of structures. Thus, a set of recorded seismic accelerograms from all over the word is applied on a reinforced concrete frame structure, and the Park-Ang indices through nonlinear dynamic analysis are provided and considered subsequently as reference numerical values. Conventional seismic parameters, with well-known seismic structural damage interrelation, are evaluated for the same set of excitations. Statistical procedures, namely correlation study and multilinear regression analysis, are applied on the set of the conventional parameters and the set of proposed new parameters separately, to confirm their interrelation with the seismic structural damage. The regression models are used for the evaluation of the structural damage indices for every set of parameters, respectively. The predicted numerical values of the structural damage indices evaluated from the two sets of seismic intensity parameters are inter-compared with the reference values. The numerical results confirm the ability of the proposed Hilbert spectrum based new seismic intensity parameters to approximate the postseismic structural damage with a smaller Standard Error of Estimation than this accomplished of the conventional ones.
Lee, Han Seon;Jung, Dong Wook;Lee, Kyung Bo;Kim, Hee Cheul;Lee, Kihak
Structural Engineering and Mechanics
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v.40
no.4
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pp.517-539
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2011
This paper presents the seismic responses of a 1:5-scale five-story reinforced concrete building model, which represents a residential apartment building that has a high irregularity of weak story, soft story, and torsion simultaneously at the ground story. The model was subjected to a series of uni- and bi-directional earthquake simulation tests. Analysis of the test results leads to the following conclusions: (1) The model survived the table excitations simulating the design earthquake with the PGA of 0.187 g without any significant damages, though it was not designed against earthquakes; (2) The fundamental mode was the torsion mode. The second and third orthogonal translational modes acted independently while the torsion mode showed a strong correlation with the predominant translational mode; (3) After a significant excursion into inelastic behavior, this correlation disappeared and the maximum torsion and torsion deformation remained almost constant regardless of the intensity of the two orthogonal excitations; And, (4) the lateral resistance and stiffness of the critical columns and wall increased or decreased significantly with the large variation of acting axial forces caused by the high bi-directional overturning moments and rocking phenomena under the bi-directional excitations.
Safety related devices unconstrained temporally in the process of operation of nuclear power plants could be damaged by the sliding during seismic activity. In this study sliding response of unconstrained objects to the base excitations is studied experimentally and analytically. In experiments static and dynamic tests to determine the coefficient of friction and the shaking table experiments to verify the sliding response of the analytic results were conducted. Numerical solutions by solving the nonlinear differential equations of motion governing sliding were found by the computer program using the step by step acceleration method. The exact solutions of the sliding response to the simple forms of base excitations were found to verify the computer program developed in this study. Relative displacement envelopes were suggested as a colliding criteria of the unconstrained objects.
The dynamic interactions between the reactor vessel and the control element drive mechanisms (CEDMs) of a pressurized water reactor are studied with the simplified mathematical model. The CEDMs are modeled as multiple substructures having different masses and the reactor vessel as a single degree of freedom system. The explicit equation for the frequency responses of the multiple substructure system are presented for the case of harmonic base excitations. The optimum dynamic characteristics of the CEDMs are presented to reduce the dynamic responses of the reactor vessel. The mathematical model and its response equations are verified by finite element analysis for the detailed model of the reactor vessel and the CEDMs for the harmonic base excitations. It is finally shown that the optimal dynamic characteristics of the CEDM presented can be applicable for the aseismic design.
In this paper a novel and efficient computational framework to estimate the stress range versus number of cycles curves experienced by a cable due to external excitations (e.g., seismic excitations, traffic and wind-induced vibrations, among others) is proposed. This study is limited to the wind-cable interaction governed by the Vortex Shedding mechanism which mainly rules cables vibrations at low amplitudes that may lead to their failure due to bending fatigue damage. The algorithm relies on a stochastic approach to account for the uncertainties in the cable properties, initial conditions, damping, and wind excitation which are the variables that govern the wind-induced vibration phenomena in cables. These uncertainties are propagated adopting Monte Carlo simulations and the concept of importance sampling, which is used to reduce significantly the computational costs when new scenarios with different probabilistic models for the uncertainties are evaluated. A high fidelity cable model is also proposed, capturing the effect of its internal wires distribution and helix angles on the cables stress. Simulation results on a 15 mm diameter high-strength steel strand reveal that not accounting for the initial conditions uncertainties or using a coarse wind speed discretization lead to an underestimation of the stress range experienced by the cable. In addition, parametric studies illustrate the computational efficiency of the algorithm at estimating new scenarios with new probabilistic models, running 3000 times faster than the base case.
In near-fault earthquake prone areas, the velocity pulse-like seismic waves often results in excessive horizontal displacement for structures, which may result in severe structural failure during large or near-fault earthquakes. The recently developed isolator-gap damper (IGD) systems provide a solution for the large horizontal displacement of long period base-isolated structures. However, the hysteresis characteristics of the IGD system are significantly different from the traditional hysteretic behavior. At present, the hysteretic behavior is difficult to be reflected in the structural analysis and performance evaluation especially under random earthquake excitations for lacking of effective analysis models which prevent the application of this kind of IGD system. In this paper, we propose a mathematical hysteretic model for the IGD system that presents its nonlinear hysteretic characteristics. The equivalent linearization is conducted on this nonlinear model, which requires the variances of the IGD responses. The covariance matrix for the responses of the structure and the IGD system is obtained for random earthquake excitations represented by the Kanai-Tajimi spectrum by solving the Lyapunov equation. The responses obtained by the equivalent linearization are verified in comparison with the nonlinear responses by the Monte Carlo simulation (MCS) analysis for random earthquake excitations.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.187-194
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2002
Bridge dynamic behaviors and the failure of the foundation are examined in this study under seismic excitations including the local scour effect. The simplified mechanical model, which can consider the effect of various influence elements, is proposed to simulate the bridge motions. The scour depths around the foundations are estimated by the CSU equation recommended by the HEC-18 and the local scour effect upon global bridge motions is then considered by applying various foundation stiffness based upon the reduced embedded depths. From the simulation results, it is found that seismic responses of a bridge with the same scour depth for both foundations increase due to the local scour effect. The bridge scour is found to be significant under weak and moderate seismic intensity. The recovery durations of the foundation stiffness after local scour are found to be critical in the estimation of the probability of foundation failure under earthquakes. Therefore, the safety of the whole bridge system should be conducted with the consideration of the scour effect upon the foundations and the recovery duration of stiffness should be determined rationally.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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