This paper focuses on the impact of the wave passage effect on the long-span bridge. In order to make the wave passage effect more obvious, ground motion samples are selected from the near-fault ground motion of the 1999 Chi-Chi earthquake and an arch bridge with a 280m main span is selected as a bridge sample. The motion ground samples are divided into two groups according to the characteristics of near-fault. A sequence of fragility curves is developed. It is shown that the seismic damage is increased by the wave passage effect and the increase is more obvious in the near-fault ground motion.
Yazdabad, Mohammad;Behnamfar, Farhad;Samani, Abdolreza K.
Earthquakes and Structures
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v.14
no.2
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pp.95-102
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2018
Seismic fragility curves of concrete cylindrical tanks are determined using the finite element method. Vulnerabilities including sloshing of contents, tensile cracking and compression failure of the tank wall due to bending are accounted for. Effects of wall flexibility, fixity at the base, and height-diameter ratio on the response are investigated. Tall, medium and squat tanks are considered. The dynamic analysis is implemented using the horizontal components of consistent earthquakes. The study shows that generally taller tanks are more vulnerable to all of the failure modes considered. Among the modes of failure, the bending capacity of wall was shown to be the critical design parameter.
Jeong, Gi Hyun;Lee, Han Seon;Hwang, Kyung Ran;Kwon, Oh-Sung;Kim, Sung-Jig
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.3
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pp.155-162
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2016
Observations of the damages to high-rise reinforced concrete (RC) wall building structures caused by by recent earthquakes in Chile ($M_w$ 8.8, February 2010) and New Zealand (February 2011, $M_L$ 6.3) have generally exceeded expectations. Firstly, this study estimated the seismic damage levels of 15-story RC box-type wall building structures using the analytical models calibrated by the results of a shaking table test on a 1:5 scale 10-story RC box-type wall building model. Then, the seismic fragility analysis of the prototype model was conducted by using the SAC/FEMA method and the incremental dynamic analysis (IDA). To compensate for the uncertainties and variability of ground motion and its impacts on the prototype model, in the SAC/FEMA method, a total of 61 ground motion records were selected from 20 earthquakes, with a magnitude ranging from 5.9 to 8.8 and an epicentral distance ranging from 5 to 105km. In the IDA, a total of 11 ground motion records were used based on the uniform hazard response spectrum representing a return period of 2,475 years. As a result, the probabilities that the limits of the serviceability, damage control, and collapse prevention would be exceeded were as follows: from the SAC/FEMA method: 79%, 0.3%, and 0%, respectively; and from the IDA: 57%, 1.7%, and 0%, respectively.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.5
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pp.533-541
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2021
Retaining walls have been used to prevent slope failure through resistance of earth pressure in railway, road, nuclear power plant, dam, and river infrastructure. To calculate dynamic earth pressure and determine the characteristics for seismic behavior, many researchers have analyzed the nonlinear response of ground and structure based on various numerical analyses (FLAC, PLAXIS, ABAQUS etc). In addition, seismic fragility evaluation is performed to ensure safety against earthquakes for structures. In this study, we used the FLAC2D program to understand the seismic response of the inverted T-type wall with a backfill slope, and evaluated seismic fragility based on relative horizontal displacements of the wall. Nonlinear site response analysis was performed for each site (S2 and S4) using the seven ground motions to calculate various seismic loadings reflecting site characteristics. The numerical model was validated based on other numerical models, experiment results, and generalized formula for dynamic active earth pressure. We also determined the damage state and damage index based on the height of retaining wall, and developed the seismic fragility curves. The damage probabilities of the retaining wall for the S4 site were computed to be larger than those for the S2 site.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.355-362
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2009
Many of residential buildings, which have pilotis in lower stories to meet the architectural needs, are recently constructed in Korea. Usually, infill walls located in the upper stories of these buildings may cause a soft first story, which is very weak from the earthquake resistance. In the design of the buildings, the infill walls of upper stories are usually considered as non-structural elements and thus they are not included in the analytical model. However, the infill walls may affect the seismic behavior of the residential buildings. Therefore, the differences in seismic behaviors of RC buildings with and without masonry infill walls are required to be investigated. In this study, seismic fragility analyses were performed for masonry infilled low-rise RC moment-resisting frames. And seismic behaviors of RC moment-resisting frame with/without masonry infill walls were evaluated. Two types of structural system with the same frame and different allocation of infill walls are used to evaluate the influence of masonry infill walls on seismic behavior of RC moment-resisting frames. The infill walls were modeled as bi-equivalent diagonal struts. The fragility analyses show that the seismic performance of RC moment-resisting frames with soft story is below the desirable building seismic performance level recommended by current seismic codes, indicating high vulnerability of RC moment-resisting frames with soft story.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.1
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pp.69-75
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2023
In Korea, most nuclear power plants were designed based on the design response spectrum of Regulatory Guide 1.60 of the NRC. However, in the case of earthquakes occurring in the country, the characteristics of seismic motions in Korea and the design response spectrum differed. The seismic motion in Korea had a higher spectral acceleration in the high-frequency range compared to the design response spectrum. The seismic capacity may be reduced when evaluating the seismic performance of the equipment with high-frequency earthquakes compared with what is evaluated by the design response spectrum for the equipment with a high natural frequency. Therefore, EPRI proposed the inelastic energy absorption factor for the equipment anchorage. In this study, the seismic performance of welding anchorage was evaluated by considering domestic seismic characteristics and EPRI's inelastic energy absorption factor. In order to reflect the characteristics of domestic earthquakes, the uniform hazard response spectrum (UHRS) of Uljin was used. Moreover, the seismic performance of the equipment was evaluated with a design response spectrum of R.G.1.60 and a uniform hazard response spectrum (UHRS) as seismic inputs. As a result, it was confirmed that the seismic performance of the weld anchorage could be increased when the inelastic energy absorption factor is used. Also, a comparative analysis was performed on the seismic capacity of the anchorage of equipment by the welding and the extended bolt.
Floods have been known to be one of the main causes of bridge collapse. Contrary to earthquakes, flood events tend to occur repeatedly and more frequently in rainfall areas; flood-induced damage and collapse account for a significant portion of disasters in many countries. Nevertheless, in contrast to extensive research on the seismic fragility analysis for civil infrastructure, relatively little attention has been devoted to the flood-related fragility. The present study proposes a novel methodology for deriving flood fragility curves for bridges. Fragility curves are generally derived by means of structural reliability analysis, and structural failure modes are defined as excessive demands of the displacement ductility of a bridge under increased water pressure resulting from debris accumulation and structural deterioration, which are known to be the primary causes of bridge failures during flood events. Since these bridge failure modes need to be analyzed through sophisticated structural analysis, flood fragility curve derivation that would require repeated finite element analyses may take a long time. To calculate the probability of flood-induced failure of bridges efficiently, in the proposed framework, the first order reliability method (FORM) is employed for reducing the required number of finite element analyses. In addition, two software packages specialized for reliability analysis and finite element analysis, FERUM (Finite Element Reliability Using MATLAB) and ABAQUS, are coupled so that they can exchange their inputs and outputs during structural reliability analysis, and a Python-based interface for FERUM and ABAQUS is newly developed to effectively coordinate the fragility analysis. The proposed framework of flood fragility analysis is applied to an actual reinforced concrete bridge in South Korea to demonstrate the detailed procedure of the approach.
One of the main applications of seismic risk assessment is that an specific design could be selected for a bridge from different alternatives by considering damage losses alongside primary construction costs. Therefore, in this paper, the focus is on selecting the shape of pylon, which is a changeable component in the design of a cable-stayed bridge, as a double criterion decision-making problem. Different shapes of pylons include H, A, Y, and diamond shape, and the two criterion are construction costs and probable earthquake losses. In this research, decision-making is performed by using developed seismic risk assessment process as a powerful method. Considering the existing uncertainties in seismic risk assessment process, the combined incremental dynamic analysis (IDA) and uniform design (UD) based fragility assessment method is proposed, in which the UD method is utilized to provide the logical capacity models of the structure, and the IDA method is employed to give the probabilistic seismic demand model of structure. Using the aforementioned models and by defining damage states, the fragility curves of the bridge system are obtained for the different pylon shapes usage. Finally, by combining the fragility curves with damage losses and implementing the proposed cost-loss-benefit (CLB) method, the seismic risk assessment process is developed with financial-comparative approach. Thus, the optimal shape of the pylon can be determined using double criterion decision-making. The final results of decision-making study indicate that the optimal pylon shapes for the studied span of cable-stayed bridge are, respectively, H shape, diamond shape, Y shape, and A shape.
In this paper, a procedure to develop fragility curves of structures equipped with semi-active tuned mass dampers (SATMDs) considering multiple failure criteria has been presented while accounting for the uncertainties of the input excitation, structure and control device parameters. In this procedure, Latin hypercube sampling (LHS) method has been employed to generate 30 random SATMD-structure systems and nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) has been conducted under 20 earthquakes to determine the structural responses, where failure probabilities in each intensity level have been evaluated using Monte Carlo simulation (MCS) method. For numerical analysis, an eight-story nonlinear shear building frame with bilinear hysteresis material behavior has been used. Fragility curves for the structure equipped with optimal SATMDs have been developed considering single and multiple failure criteria for different performance levels and compared with that of uncontrolled structure as well as structure controlled using passive tuned mass damper (TMD). Numerical analysis has shown the capability of SATMDs in significant enhancement of the seismic fragility of the nonlinear structure. Also, considering multiple failure criteria has led to increasing the fragility of the structure. Moreover, it is observed that the influence of the uncertainty of input excitation with respect to the other uncertainties is considerable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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