Pounding happens when contiguous structures with differing heights vibrate out of line caused by a seismic activity. The situation is aggravated due to the insufficient separation gap between the structures which can lead to the crashing of the buildings or total collapse of an edifice. Countries around the world have compiled building standards to address the pounding issue. One of the strategies recommended is the introduction of the separation gap between structures. AS1170.4-2007 is an Australian standard that requires 1% of the building height as a minimum separation gap between buildings to preclude pounding. This article presents experimental and numerical tests to determine the adequacy of this specification to prevent the occurrence of seismic pounding between steel frame structures under near-field and far-field earthquakes. The results indicated that the recommended minimum separation gap based on the Australian Standard is inaccurate if low-rise structure in a coupled case is utilised under both near and far field earthquakes. The standard is adequate if a tall building is involved but only when a far-field earthquake happens. The research likewise presents results derived by using the ABS and SRSS methods.
Pounding between closely located adjacent buildings is a serious issue of dense cities in the earthquake prone areas. Seismic responses of adjacent buildings subjected to earthquake induced pounding are numerically studied in this paper. The adjacent buildings are modeled as the lumped mass shear buildings subjected to earthquake acceleration and the pounding forces are modeled as the Kelvin contact force model. The Kelvin model is activated when the separation gap is closed and the buildings pound together. Characteristics of the Kelvin model are extensively explored and a new procedure is proposed to determine its stiffness. The developed model is solved numerically and a SDOF pounding case as well as a MDOF pounding case of multistory adjacent buildings are elaborated and discussed. Effects of different separation gaps, building heights and earthquake excitations on the seismic responses of adjacent buildings are obtained. Results show that the seismic responses of adjacent buildings are affected negatively by the pounding. More stories pound together and pounding is more intense if the separation gap is smaller. When the height of buildings differs significantly, the taller building is almost unaffected while the shorter building is affected detrimentally. Finally, the buildings should be analyzed case by case considering the potential earthquake excitation in the area.
Most bridges have expansion joints to accommodate thermal expansion and contraction without inducing large forces in the bridges. To evaluate the effects of earthquake-induced at expansion joints of concrete bridges, the first part of this paper deals with a collinear impact between concrete segments, which have the same cross section but different lengths. Especially, impact force, momentum, strain energy and kinetic energy are formulated in mathematically. These results are then used in the second part of this paper to simulate a realistic yet simple analysis of seismic pounding in concrete bridges. Analysis of seismic pounding in idealized concrete bridges is carried out by using a simple lumped-mass model and rationally determined values of the coefficient of restitution and the duration of impact.
Seismic pounding between adjacent buildings with inadequate separation and different dynamic characteristics can cause severe damage to the colliding buildings. Efficient estimation of the maximum pounding force is required to control the extent of damage in adjacent structures or develop an appropriate mitigation method. In this paper, an analytical approach on the basis of statistical relations is presented for approximate computation of extreme value of pounding force between two adjacent structures with equal or unequal heights subjected to stationary and non-stationary excitations. The nonlinearity of adjacent structures is considered using Bouc-Wen model of hysteresis and the pounding effect is simulated by applying the nonlinear viscoelastic model. It is shown that the proposed approach can significantly save computational costs by obviating the need for performing dynamic analysis. To assess the reliability and accuracy of the proposed approach, the results are compared with those obtained from nonlinear dynamic analysis.
To investigate the seismic pounding response of long-span bridges with high-piers under strong ground motions, shaking table tests were performed on a 1/10-scaled bridge model consisting of three continuous spans with rigid frames and one simply-supported span. The seismic pounding responses of this bridge model under different earthquake excitations including the uniform excitation and the traveling wave excitations were experimentally studied. The influence of dampers to the seismic pounding effects at the expansion joints was analyzed through nonlinear dynamic analyses in this research. The seismic pounding effects obtained from numerical analyses of the bridge model are in favorable agreement with the experimental results. Seismic pounding effect of bridge superstructures is dependent on the structural dynamic properties of the adjacent spans and characteristics of ground motions. Moreover, supplemental damping can effectively mitigate pounding effects of the bridge superstructures, and reduce the base shear forces of the bridge piers.
The study aims to investigate the pounding that occurs between the isolator's ring and slider of isolated structures resulting from excessive seismic excitation, while considering soil-structure interaction. The dynamic responses and poundings of structures subjected a series seismic records were comparatively analyzed for three different soil types and fixed-base structures. A series of parametric studies were conducted to thoroughly discuss the effects of the impact displacement ratio, the FPB friction coefficient ratio, and the radius ratio on the structural dynamic response when considering impact and SSI. It was found that the pounding is extremely brief, with an exceptionally large pounding force generated by impact, resulting in significant acceleration pulse. The acceleration and inter-story shear force of the structure experiencing pounding were greater than those without considering pounding. Sudden changes in the inter-story shear force between the first and second floors of the structure were also observed. The dynamic response of structures in soft ground was significantly lower than that of structures in other ground conditions under the same conditions, regardless of the earthquake wave exciting the structure. When the structure is influenced by pulse-type earthquake records, its dynamic response exhibits a trend of first intensifying and then weakening as the equivalent radius ratio and friction coefficient ratio increase. However, it increases with an increase in the pounding displacement ratio, equivalent radius ratio, friction coefficient ratio, and displacement ratio when the structures are subjected to non-pulse-type seismic record.
Previous research on pounding between seismically isolated buildings during earthquakes has been focused on impacts at the bases of structures and the effect of simultaneous interactions at the bases and at the superstructures has not been studied in details. In this paper, the seismic responses of adjacent buildings supported on different or similar base systems considering impacts between bases and superstructures are numerically investigated. The study is carried out in three parts for the two types of adjacent buildings: (i) both structures have fixed bases; (ii) one structure has fixed base and the other is seismically isolated and (iii) both structures have base isolation systems. The results of the study indicate that the pounding-involved responses of the buildings depend mainly on the type of structural base systems and on the structural parameters of both buildings. For the base-isolated building, the variation of the peak accelerations and displacements of the storeys have been found to be relatively low. On the other hand, significant differences have been observed for the fixed base building. The results of the parametric study conducted for different values of the gap size between colliding structures show the reduction in the peak base displacements as the gap distance decreases.
Historical buildings in seismically active regions are severely damaged by earthquakes, since they certainly were not designed by the original builders to withstand seismic effects. In particular the reports after major ground motions indicate that earthquake-induced pounding between buildings may lead to substantial damage or even collapse of colliding structures. The research on structural pounding during earthquakes has been recently much advanced, although most of the studies are conducted on simplified single degree of freedom systems. In this paper a detailed pounding-involved response analysis of three adjacent structures is performed, concerning the main bodies of the "Quinto Orazio Flacco" school. The construction includes a main masonry building, with an M-shaped plan, and a reinforced concrete building, separated from the masonry one and realized along its free perimeter. By the analysis of the capacity curves obtained by suitable pushover procedures performed separately for each building, it emerges that masonry and reinforced concrete buildings are vulnerable to earthquake-induced structural pounding in the longitudinal direction. In particular, due to the geometric configuration of the school, a special case of impact between the reinforced concrete structure and two parts of the masonry building occurs. In order to evaluate the pounding-involved response of three adjacent structures, in this paper a numerical procedure is proposed, programmed using MATLAB software. Both a non-linear viscoelastic model to simulate impact and an elastic-perfectly plastic approximation of the storey shear force-drift relation are assumed, differently from many commercial softwares which admit just one non-linearity.
This paper presents the results of a study on the effects of pounding at expansion joints of concrete bridges under earthquake ground motions. An engineering approach, rather than continuum mechanics, is emphasized. First, the sensitivity analysis of the gap element stiffness is performed. Second, usefulness of the analysis method for simulation of pounding phenomena is demonstrated. Third, the effects of pounding on the ductility demands measured in terms of the rotation of column ends are investigated. Two-dimensional FE analysis using a bilinear hysterestic model for bridge substructure joints and a nonlinear gap element for the expansion joint is performed on a realistic bridge with an expansion joint. Effects of the primary factors on the ductility demand such as gap sizes and characteristics of earthquake ground motion are investigated through a parametric study. The major conclusions are that pounding effect is generally negligible on the ductility demand for wide practical ranges of gap size and peak ground acceleration, but is potentially significant at the locations of impact.
The risk of bearing failure is evaluated through the seismic response analysis of a bridge considering the probabilistic characteristics of structural properties such as the mass of superstructure, the stiffness of pier, and the translational and rotational stiffness of the foundation as well as seismic loadings during the bridge service lift. The effect of pounding between adjacent vibration units on the risk of bearing failure is also investigated. The probabilistic characteristics of structural properties are obtained by the Monte Carlo simulations based on the probabilistic characteristics of basic random variables included in the structural properties. From the simulation results, the failure probability of fixed bearings attached on the abutment is found to be much higher than those placed on the piers. It is also found that the pounding effect significantly increases the failure probability of bearings. In the simply supported bridges, the risk of bearing failure increases as the number of bridge spans increase. Therefore, the failure probability of fixed bearing due to the effects of pounding phenomena and the number of bridge spans should be considered in the seismic desist of bearings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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