Spatially variable ground motions can be significant on the seismic response of a structure due to the incoherency of the incident wave. Incoherence of the incident wave is resulted from wave passage and wave scattering. In this study, wave passage effect on the response spectrum of a building structure built on a soft soil layer was investigated utilizing a finite element program of P3DASS (Pseudo 3-dimensional Dynamic Analysis of a Structure-soil System). P3DASS was developed for the axisymmetric problem in the cylindrical coordinate, but it is modified to apply anti-symmetric input earthquake motions. Study results were compared with the experimental results to verify the reliability of P3DASS program for the shear wave velocity of 250 m/s and the apparent shear wave velocities of 2000-3500 m/s. Studied transfer functions of input motions between surface mat foundation and free ground surface were well-agreed to the experimental ones with a small difference in all frequency ranges, showing some reductions of the transfer function in the high frequency range. Also wave passage effect on the elastic response spectrum reduced the elastic seismic response of a SDOF system somewhat in the short period range.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.6
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pp.237-246
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2022
Based on the random-vibration-theory methodology, dynamic responses of nuclear facilities subjected to obliquely incidental and incoherent earthquake ground motions are calculated. The spectral power density functions of the 6-degree-of-freedom motions of a rigid foundation due to the incoherent ground motions are obtained with the local wave scattering and wave passage effects taken into consideration. The spectral power density function for the pseudo-acceleration of equipment installed on a structural floor is derived. The spectral acceleration of the equipment or the in-structure response spectrum is then estimated using the peak factors of random vibration. The approach is applied to nuclear power plant structures installed on half-spaces, and the reduction of high-frequency earthquake responses due to obliquely incident incoherent earthquake ground motions is examined. The influences of local wave scattering and wave passage effects are investigated for three half-spaces with different shear-wave velocities. When the shear-wave velocity is sufficiently large like hard rock, the local wave scattering significantly affects the reduction of the earthquake responses. In the cases of rock or soft rock, the earthquake responses of structures are further affected by the incident angles of seismic waves or the wave passage effects.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.1334-1339
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2006
Dynamic response of buried pipelines both in the axial and the transverse directions on concrete pipe and steel pipe, FRP pipe were investigated through a forced vibration analysis. The dynamic behavior of the buried pipelines for the forced vibration is found to exhibit two different forms, a transient response and a steady state response, depending on the time before and after the transfer of a seismic wave on the end of the buried pipeline. The former is identified by a slight change in its behavior before the sinusoidal-shaped seismic wave travels along the whole length of the pipeline whereas the latter by the complete form of a sinusoidal wave when the wave travels throughout the pipeline. The transient response becomes insignificant as the wave speed increases. From the results of the dynamic responses at the many points of the pipeline, we have found that the responses appeared to be dependent critically on the boundary end conditions. Such effects are found to be most prominent especially for the maximum values of the displacement and the strain and its position.
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.
High-resolution S-wave reflection surveying has been successfully conducted on paved areas using a Land Streamer originally designed by the author. The main feature of the Land Streamer tool is the non-stretch woven belt on which geophone units are mounted to form a multichannel geophone array similar to a marine streamer. Because it is easily towed by a vehicle or by hand, the tool leads to high performance in field measurements and resultant cost-effectiveness of high-resolution reflection surveys. Although each geophone unit is coupled to the pavement through a metallic baseplate instead of being firmly planted in the ground, the Land Streamer tool provides comparatively clean data, unaffected by traffic noise even on the pavement. Thus, the tool is capable of expanding the opportunity for S-wave reflection surveys in urban areas where many surfaces are paved and traffic noise is severe. A series of high-resolution S-wave reflection surveys on paved areas delineated detailed structures of surface layers shallower than 60 m, and proved the wide applicability of the tool to engineering, environmental applications, and earthquake disaster prevention projects.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.4
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pp.591-597
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1999
본 연구에서는 비 균질 퇴적층으로 인한 지진파의 증폭에 대한 경계/유한요소 해석을 수행하였다. 수치해석을 위해, 비 균질 퇴적층은 8절점 등 매개 변수 유한요소 사용하여 모델링하였고, 그 주위의 균질 반무한 지반은 3절점 등매개 변수 경계요소를 사용하여 모델링하였다. 경계요소와 유한요소의 접촉면에서, 표면 력의 평형조건과 변위의 적합 조건에 의해 두 개의 요소를 결합하는 알고리듬을 개발하였다. 수치해석의 영향인자로서 SH파, P파와 SV파의 입사각, 무 차원 진동수 그리고 반무한 지반과 퇴적층사이의 전단 파 속도 비와 질량밀도 비를 고려하였다.
Multi-channel Analysis of Surface Waves (MASW) and Seismic Cone Penetration Test (SCPT) have been recently developed to obtain S-wave velocity profiles which were conventionally investigated by a down-hole seismic survey. For unconsolidated sedimentary sites, we studied these three methods, and compared the results with a drilling log. All the methods showed that the changes in the S-wave velocities were consistent with the changes in the sedimentary facies. In addition, the SCPT was most sensitive to changes in sedimentary facies among the three profiles. The results of the SCPT showed that there exists a low velocity zone, which is mainly composed of clayey sand, at the depth of 8${\sim}$12m in the sediments.
High levels of ambient noise and safety factors often limit the use of 'active-source' seismic methods for geotechnical investigations in urban environments. As an alternative, shear-wave velocity-depth profiles can be obtained by treating the background microtremor wave field as a stochastic process, rather than adopting the traditional approach of calculating velocity based on ray path geometry from a known source. A recent field test in Melbourne demonstrates the ability of the microtremor method, using only Rayleigh waves, to resolve a velocity inversion resulting from the presence of a hard, 12 m thick basalt flow overlying 25 m of softer alluvial sediments and weathered mudstone. Normally the presence of the weaker underlying sediments would lead to an ambiguous or incorrect interpretation with conventional seismic refraction methods. However, this layer of sediments is resolved by the microtremor method, and its inclusion is required in one-dimensional layered-earth modelling in order to reproduce the Rayleigh-wave coherency spectra computed from observed seismic noise records. Nearby borehole data provided both a guide for interpretation and a confirmation of the usefulness of the passive Rayleigh-wave microtremor method. Sensitivity analyses of resolvable modelling parameters demonstrate that estimates of shear velocities and layer thicknesses are accurate to within approximately $10\%\;to\;20\%$ using the spatial autocorrelation (SPAC) technique. Improved accuracy can be obtained by constraining shear velocities and/or layer thicknesses using independent site knowledge. Although there exists potential for ambiguity due to velocity-thickness equivalence, the microtremor method has significant potential as a site investigation tool in situations where the use of traditional seismic methods is limited.
Hyeonsu Yun;Byeongjin Roh;Seong-Kyu Yun;Gichun Kang
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.23
no.1
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pp.49-60
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2024
Recently, the frequency and intensity of typhoon-induced wave loading are increasing due to changed marine environments such as climate change. In addition, frequent earthquakes are causing a lot of damage around the world, including in Japan, Chile, Haiti, China, and Indonesia. In Korea, damage from typhoons has also been increasing since the 2000s, and the frequency and intensity of earthquakes are also increasing. Korea is surrounded by sea on three sides, so typhoons can cause a lot of damage to coastal structures, and earthquakes also cause a lot of damage to coastal structures. As such, the frequency and intensity of typhoon-induced wave loading and earthquakes are increasing both domestically and internationally, but there is no research linking typhoons and earthquakes. Therefore, in this study, numerical analysis was performed for a total of four cases by linking typhoon waves and earthquakes to the caisson breakwater. Numerical analysis was performed by applying wave loads in Case 1 and seismic wave in Case 2, seismic wave after wave loads in Case 3, and wave loads after seismic wave in Case 4. As a result of the numerical analysis, it was confirmed that in Case 3 and Case 4, which linked a typhoon and earthquakes, the damage caused by each load increased compared to Case 1 and Case 2 because the load was applied while the existing ground strength was reduced. In addition, it was confirmed that the greatest damage occurred in Case 3, in which seismic wave were applied after the wave loads.
Sina Kong;Yeeun Kim;Sinith Kung;Jiho Moon;Jong-Keol Song
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.3
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pp.151-162
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2024
As the incidence direction of ground motion (or seismic wave) changes, the seismic response of the structure will also change according to that direction. In order to analyze the effect of the seismic response of the example bridge according to the direction of incidence of ground motion, the acceleration response spectra (Sa-T1) corresponding to the 1-second period obtained for various angles of incidence were obtained. Using Sa-T1, 40 sets of orthogonal pairs of horizontal component seismic waves corresponding to 5 types of percentiles were generated. Seismic vulnerability analysis of the bridge piers was performed by obtaining the seismic response of an example bridge according to the direction of incidence of ground motion. By analyzing the seismic vulnerability analysis of seismic waves corresponding to five types of percentiles, it was found that the median value of the seismic vulnerability curve differs by about 1.2 to 2.6 times depending on the incident direction of the seismic wave. In other words, depending on the incidence direction of seismic waves, the degree of damage to the bridge structure can vary by about 1.2 to 2.6 times.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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