Evaluation of earthquake impacts in settlements with a high risk of earthquake occurrence is important for the determination of site-specific dynamic soil parameters and earthquake-resistant structural planning. In this study, dynamic soil properties of Karliova (Bingol) city center, located near to the intersection point of the North Anatolian Fault Zone and the East Anatolian Fault Zone and therefore having a high earthquake risk, were investigated by one-dimensional equivalent linear site response analysis. From ground response analyses, peak ground acceleration, predominant site period, 0.2-sec and 1-sec spectral accelerations and soil amplification maps of the study area were obtained for both near-field and far-field earthquake effects. The average acceleration spectrum obtained from analysis, for a near-field earthquake scenario, was found to exceed the design spectra of the Turkish Earthquake Code and Eurocode 8. Yet, the average acceleration spectrum was found to remain below the respective design spectra of the two codes for the far-field earthquake scenario. According to both near- and far-field earthquake scenarios in the study area, the low-rise buildings with low modal vibration durations are expected to be exposed to high spectral acceleration values and high-rise buildings with high modal vibration durations will be exposed to lower spectral accelerations. While high amplification ratios are observed in the north of the study area for the near-distance earthquake scenario, high amplification ratios are observed in the south of the study area for the long-distance earthquake scenario.
A stochastic response spectrum method is proposed for simple evaluation of the structural response of an actively controlled aseismic structure. The response spectrum is constructed assuming a linear structure with an active mass damper (AMD) system, and an earthquake wave model given by the product of a non-stationary envelope function and a stationary Gaussian random process with Kanai-Tajimi power spectral density. The control design is executed using a linear quadratic Gaussian control strategy for an enlarged state space system, and the response amplification factor is given by the combination of the obtained statistical response values and extreme value theory. The response spectrum thus produced can be used for simple dynamical analyses. The response factors obtained by this method for a multi-degree-of-freedom structure are shown to be comparable with those determined by numerical simulations, demonstrating the validity and utility of the proposed technique as a simple design tool. This method is expected to be useful for engineers in the initial design stage for structures with active aseismic control.
Tishita, Tasnina A.;Akhter, Sumiya;Islam, Md. Imdadul;Amin, M. Ruhul
Journal of Information Processing Systems
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v.10
no.3
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pp.459-470
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2014
In this paper, the average probability of the symbol error rate (SER) and throughput are studied in the presence of joint spectrum sensing and data transmission in a cognitive relay network, which is in the environment of an optimal power allocation strategy. In this investigation, the main component in calculating the secondary throughput is the inclusion of the spatial false alarms, in addition to the conventional false alarms. It has been shown that there exists an optimal secondary power amplification factor at which the probability of SER has a minimum value, whereas the throughput has a maximum value. We performed a Monte-Carlo simulation to validate the analytical results.
The development of performance-based design methodologies requires a reasonable definition of a displacement-response spectrum. Although ground motions are known to be significantly affected by the resonant-like amplification behavior caused by multiple wave reflections within the surface soil, such a soil-resonance effect is seldom explicitly considered in current-displacement spectral models. In this study, an analytical approach is developed for the construction of displacement-response spectra by considering the soil-resonance effect. For this purpose, a simple and rational equation is proposed for the response spectral ratio at the site fundamental period (SRTg) to represent the soil-resonance effect based on wave multiple reflection theory. In addition, a bilinear model is adopted to construct the soil displacement-response spectra. The proposed model is verified by comparing its results with those obtained from actual observations and SHAKE analyses. The results show that the proposed model can lead to very good estimations of SRTg for harmonic incident seismic waves and lead to reasonable estimations of SRTg and soil displacement-response spectra for earthquakes with a relatively large magnitude, which are generally considered for seismic design, particularly in high-seismicity regions.
The intracluster medium (ICM) is expected to experience on average about three passages of weak shocks with low sonic Mach numbers, M ≲ 3, during the formation of galaxy clusters. Both protons and electrons could be accelerated to become high energy cosmic rays (CRs) at such ICM shocks via diffusive shock acceleration (DSA). We examine the effects of DSA by multiple shocks on the spectrum of accelerated CRs by including in situ injection/acceleration at each shock, followed by repeated re-acceleration at successive shocks in the test-particle regime. For simplicity, the accelerated particles are assumed to undergo adiabatic decompression without energy loss and escape from the system, before they encounter subsequent shocks. We show that in general the CR spectrum is flattened by multiple shock passages, compared to a single episode of DSA, and that the acceleration efficiency increases with successive shock passages. However, the decompression due to the expansion of shocks into the cluster outskirts may reduce the amplification and flattening of the CR spectrum by multiple shock passages. The final CR spectrum behind the last shock is determined by the accumulated effects of repeated re-acceleration by all previous shocks, but it is relatively insensitive to the ordering of the shock Mach numbers. Thus multiple passages of shocks may cause the slope of the CR spectrum to deviate from the canonical DSA power-law slope of the current shock.
Ground response analysis has been conducted for each borehole data in Pohang area, using 1D equivalent linear method program, to investigate the applicability of amplification factor to estimate peak ground acceleration. Earthquake motions for ground response analysis were prepared by matching response spectrums for return period of 500, 1000, and 2400 years suggested by seismic design code (MOIS, 2017). Ground survey data were acquired from Geotechnical Information DB System. It has been confirmed that response spectrum obtained from ground response analysis showed good agreement with those from seismic design code irrespective of ground classification. However, PGA (Peak Ground Accelerations) of ground response analysis did not coincide with PGA calculated using amplification factor suggested by seismic design code.
Investigations has shown that the correct estimation of the effective amplification period is as important as the amplification value itself. It gets more important in 2D basins. This study presents a quantitative coefficient for consideration of the nonlinearity effect in terms of amplification value and the shift in its period which is missing or ineffectively considered in the previous studies. To attain this goal, by the application of a time domain fully nonlinear method, the deviation of the more common equivalent linear results from the basin nonlinear behavior under strong ground motions is investigated quantitatively. Also, despite the increase in the damping ratio, the possibility of the increase in the amplification due to the increase in motion strength is shown. To make the results useful in engineering practice, by introducing nonlinearity ratio, the effect of the nonlinearity is quantitatively estimated for two soft and stiff clayey basins with three different depths under a set of motions scaled to two target spectrum. Results show that at the 100 m depth soft clayey basin, while the nonlinearity ratio shows a 35% deviation at the basin edge part under DD1 motion level, its effect moves to the central part with 20% effect under DD3 motion level. By the increase in depth to 150 m, the results show a decrease in the overall effect of the nonlinear behavior for both clay types. At this depth, the nonlinearity ratio gives a 30% and 17% difference on a limited distance from outcrop at the soft clayey basin under DD1 and DD3 motion levels, respectively. At the 30 m depth basins, the nonlinearity ratio shows up to 25% difference for different cases. The presented ratio would be introduced as nonlinearity coefficients for consideration of the nonlinearity effects in the codes. The presented quantitative margins will help the designer to have a better understanding of the amplification period change because of nonlinearity over 2D basin surface.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.5
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pp.509-520
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2020
Currently, the criteria for input motions used in dam seismic design are clearly presented in general provisions of seismic design (KDS 17 10 00), and seismic ground motion records should be matched to the standard design response spectrum. However, the effect on the results is not assessed according to the selection of the seismic ground motion records, making it difficult to select seismic input motions. Therefore, in this study, the change in the amount of crest settlement of an embankment dam was assessed through numerical analysis after matching the seismic ground motion records of domestic and overseas earthquakes in accordance with the standard design response spectrum provided in the seismic design code (KDS 17 10 00). The results showed that the behavior of the upper part of the embankment, such as maximum acceleration at the crest and amplification through the dam, rather than the effect of free-field acceleration, had a greater effect on the amount of crest settlement. Moreover, it was confirmed that even an input seismic motion matched to the standard design response spectrum can make a difference in settlement depending on the characteristics of amplification through a dam body.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.5
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pp.223-232
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2021
The spatial variation characteristics of seismic motions at the nuclear power plant's site and structures were analyzed using earthquake records obtained at the Fukushima nuclear power plant during the Great East Japan Earthquake. The ground responses amplified as they approached the soil surface from the lower rock surface, and the amplification occurred intensively at about 50 m near the ground. Due to the soil layer's nonlinear characteristics caused by the strong seismic motion, the ground's natural frequency derived from the response spectrum ratio appeared to be smaller than that calculated from the shear wave velocity profile. The spatial variation of the peak ground acceleration at the ground surface of the power plant site showed a significant difference of about 0.6 g at the maximum. As a result of comparing the response spectrums at the basement of the structure with the design response spectrum, there was a large variability by each power plant unit. The difference was more significant in the Fukushima Daiichi site record, which showed larger peak ground acceleration at the surface. The earthquake motions input to the basement of the structure amplified according to the structure's height. The natural frequency obtained from the recorded results was lower than that indicated in the previous research. Also, the floor response spectrum change according to the location at the same height was investigated. The vertical response on the foundation surface showed a significant difference in spectral acceleration depending on the location. The amplified response in the structure showed a different variability depending on the type of structure and the target frequency.
Park, Seong-Jae;Chun, Nakhyun;Hwang, Kyeong-Min;Moon, Jiho;Song, Jong-Keol
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.159-169
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2020
Acceleration amplification factors, which are variables used in the seismic design of power facilities installed inside substation structures, are presented in the seismic design standards of the United States (US), Japan, and Korea. Unlike the coefficients presented in the design standards of the US and Japan, those presented in domestic design standards can be obtained only by performing dynamic analysis when the substation structure has more than four floors. Because most substation structures in Korea have 4-5 stories, the existing acceleration amplification factor is insufficient to be applied to actual substation structures. To suggest an acceleration amplification factor suitable for domestic substation structure types, the acceleration amplification factor was evaluated for seven representative substation structures. The acceleration amplification factors were evaluated by constructing in-structure response spectra based on a study of far-field and near-fault earthquakes. In general, the acceleration amplification coefficients αJ and αA according to the US and Japan seismic design criteria tend to be overestimated compared with the acceleration amplification factors obtained through dynamic analysis based on the study of near-fault and far-field earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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