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.
This paper introduces a novel, rigorous, and efficient probabilistic methodology for the performance-based optimal design (PBOD) of semi-active tuned mass damper (SATMD) for seismically excited nonlinear structures. The proposed methodology is consistent with the modern performance-based earthquake engineering framework and aims to design reliable control systems. To this end, an optimization problem has been defined which considers the parameters of control systems as design variables and minimization of the probability of exceeding a targeted structural performance level during the lifetime as an objective function with a constraint on the failure probability of stroke length damage state associated with mass damper mechanism. The effectiveness of the proposed methodology is illustrated through a numerical example of performance analysis of an eight-story nonlinear shear building frame with hysteretic bilinear behavior. The SATMD with variable stiffness and damping have been designed separately with different mass ratios. Their performance has been compared with that of uncontrolled structure and the structure controlled with passive TMD in terms of probabilistic demand curves, response hazard curves, fragility curves, and exceedance probability of performance levels during the lifetime. Numerical results show the effectiveness, simplicity, and reliability of the proposed PBOD method in designing SATMD with variable stiffness and damping for the nonlinear frames where they have reduced the exceedance probability of the structure up to 49% and 44%, respectively.
Recent earthquakes have damaged some bridges located on the Pacific Coast of Mexico; these bridges have been retrofitted or rebuilt. Based on the fact that the Pacific Coast is a highly active seismic zone where most of the strong earthquakes in the country occur, one fertile and important area of research is the study of the vulnerability of both new and existent bridges located in this area that can be subjected to strong earthquakes. This work is focused on estimating the contribution of some parameters identified to have major influence on the seismic vulnerability of reinforced concrete bridges. Ten models of typical reinforced concrete (RC) bridges, and two existing bridges located close to the Pacific Coast of Mexico are considered. The group of structures selected for the study is based on two span bridges, two pier heights and two substructure types. The bridges were designed according to recent codes in Mexico. For the vulnerability study, the capacity of the structure was evaluated based on the FEMA recommendations. On the other hand, the demand was evaluated using a group of more than one hundred accelerograms recorded close to the subduction zone of Mexico. The results show that the two existent bridges analyzed show similar trends of behavior of the group of bridge models studied. In spite of the contribution that traditional variables (height and substructure type) had to the bridge seismic response, the bridge length was also found to be one of the parameters that most contributed to the seismic vulnerability of these RC medium-length bridges.
Vaezi, Hossein;Karimi, Amir;Shayanfar, Mohsenali;Safiey, Amir
Earthquakes and Structures
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v.20
no.2
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pp.215-224
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2021
The carbon dioxide present in the atmosphere is one of the main reasons for the corrosion of bridges, buildings, tunnels, and other reinforced concrete (RC) structures in most industrialized countries. With the growing use of fossil fuels in the world since the Industrial Revolution, the amount of carbon dioxide in urban and industrial areas of the world has grown significantly, which increases the chance of corrosion caused by carbonation. The process of corrosion leads to a change in mechanical properties of rebars and concrete, and consequently, detrimentally impacting load-bearing capacity and seismic behavior of RC structures. Neglecting this phenomenon can trigger misleading results in the form of underestimating the seismic performance metrics. Therefore, studying the carbonation corrosion influence on the seismic behavior of RC structures in urban and industrial areas is of great significance. In this study, a 2D modern RC moment frame is developed to study and assess the effect of carbonation corrosion, in 5-year intervals, for a 50 years lifetime under two different environmental conditions. This is achieved using the nonlinear static and incremental dynamic analysis (IDA) to evaluate the reinforcement corrosion effects. The reduction in the seismic capacity and performance of the reinforced concrete frame, as well as the collapse probability over the lifetime for different corrosion scenarios, is examined through the capacity curves obtained from nonlinear static analysis and the fragility curves obtained from IDA.
Under a severe environment of multiple hazards such as earthquakes and winds, the life-cycle performance of engineering structures may inevitably be deteriorated due to the fatigue effect caused by long-term exposure to wind loads, which would further increase the structural vulnerability to earthquakes. This paper presents a framework for evaluating the lifetime structural seismic performance under the effect of wind-induced fatigue considering different sources of uncertainties. The seismic behavior of a high-rise steel-concrete composite frame with buckling-restrained braces (FBRB) during its service life is systematically investigated using the proposed approach. Recorded field data for the wind hazard of Fuzhou, Fujian Province of China from Jan. 1, 1980 to Mar. 31, 2019 is collected, based on which the distribution of wind velocity is constructed by the Gumbel model after comparisons. The OpenSees platform is employed to establish the numerical model of the FBRB and conduct subsequent numerical computations. Allowed for the uncertainties caused by the wind generation and structural modeling, the final annual fatigue damage takes the average of 50 groups of simulations. The lifetime structural performance assessments, including static pushover analyses, nonlinear dynamic time history analyses and fragility analyses, are conducted on the time-dependent finite element (FE) models which are modified in lines with the material deterioration models. The results indicate that the structural performance tends to degrade over time under the effect of fatigue, while the influencing degree of fatigue varies with the duration time of fatigue process and seismic intensity. The impact of wind-induced fatigue on structural responses and fragilities are explicitly quantified and discussed in details.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.2
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pp.93-101
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2019
The objective of this study is to develop a model which can predict the seismic performance of the slope relatively accurately and efficiently by using artificial neural network(ANN) technique. The quantification of such the seismic performance of the slope is not easy task due to the randomness and the uncertainty of the earthquake input and slope model. Under these circumstances, probabilistic seismic fragility analyses of slope have been carried out by several researchers, and a closed-form equation for slope seismic performance was proposed through a multiple linear regression analysis. However, a traditional statistical linear regression analysis has shown a limit that cannot accurately represent the nonlinearistic relationship between the slope of various conditions and seismic performance. In order to overcome these problems, in this study, we attempted to apply the ANN to generate prediction models of the seismic performance of the slope. The validity of the derived model was verified by comparing this with the conventional multi-linear and multi-nonlinear regression models. As a result, the models obtained through the ANN basically showed excellent performance in predicting the seismic performance of the slope, compared to the models obtained by the statistical regression analyses of the previous study.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.94-101
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2021
According to the Facility Management System (FMS) operated by the Korea Authority of Land & Infrastructure Safety, it is expected that the number of aging facilities that have been in use for more than 30 years will increase rapidly to 13.9% in 2019 and 34.5% in 2929, and end up with a social problem. In addition, with the revision of "Common Application of Seismic Design Criteria" by the Ministry of Public Administration and Security in 2017, it is mandatory to re-evaluate all existing road facilities and if necessary seismic reinforcement should be done to minimize the magnitude of earthquake damage and perform normal road functions. The seismic performance management-decision support technology currently used in seismic performance management practice in Korea only determines the earthquake-resistance reinforcement priority based on the qualitative index value for the seismic performance of individual facilities. However with this practice, normal traffic functions cannot be guaranteed. A new seismic performance management decision support technology that can provide various judgment data required for decision making is needed to overcome these shortcomings and better perform seismic performance management from a road network perspective.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.5
s.51
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pp.107-115
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2006
The power supply system is one of the most important infrafacilities which should maintain their inherent function during and after earthquakes. This study was performed to analyze dynamic characteristics and seismic performance of Korean typical 154kV transformer porcelain bushing. For the purpose of this study, actual 154kV porcelain bushings were selected and tested on the shaking table. The vibration tests consist of modal identification tests, seismic performance tests, and fragility tests. The sine sweep waves, artificial earthquake waves, and continuous resonant sine waves were used as shaking table motions. This paper describes the test specimens, shaking facilities, and test methods. Natural frequencies and damping ratios of the bushing have been evaluated from the experimental data. The failure mode and the performance level of the Korean transformer bushing have been first identified in this study.
Park, Won-Suk;Park, Young-Jun;Cho, Ho-Hyun;Koh, Hyun-Moo
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.13-20
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2006
Substations in electric power transmission network systems (EPTS) operate using several transformers in parallel to increase the efficiency in terms of stability of energy supply. We present a seismic reliability assessment method of EPTS considering the parallel operation of transformers. Two methods for damage state model are compared in this paper: bi-state and multi-damage model. Simulation results showed that both models yielded similar network reliability indices and the reliability indices of the demand nodes using hi-state model exhibited higher damage probability. Particularly, the corresponding EENS (Expected Energy Not Supplied) index was significantly larger than that of the multi-damage state.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.5
no.4
s.19
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pp.85-93
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2005
It has been commonly assumed that during the 21st century, the korean peninsula may suffer huge earthquake damage to people, society, and economic system. The recent report of "Seoul Earthquake Response model development" conducted by the city of Seoul indicated that a magnitude 6.3 earthquake possibly hit Seoul, the capital of Korea. However, due to the insufficient amount of study on seismic performance of structures reflecting the various types of element peculiar to Korea application of the currently available earthquake damage evaluation methods has limitations. In order to conduct various studies on seismic hazards that are suitable for the actual conditions in Korea, therefore, fundamental studies first have to be properly conducted. The purpose of this study is to serve as the basis of establishing a reliable earthquake damage estimation system, and to provide essential data for the seismic damage evaluation of nonseismically reinforced concrete apartment structures. In this study, a standard type of nonseismically reinforced concrete apartments has been determined based on an extensive survey and careful review of such structures in Korea, and their performance level on seismic loading has been estimated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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