The purpose of this study is to investigate the efficiency of various structural modeling schemes for evaluating seismic performances and fragility of the reactor containment building (RCB) structure in the advanced power reactor 1400 (APR1400) nuclear power plant (NPP). Four structural modeling schemes, i.e. lumped-mass stick model (LMSM), solid-based finite element model (Solid FEM), multi-layer shell model (MLSM), and beam-truss model (BTM), are developed to simulate the seismic behaviors of the containment structure. A full three-dimensional finite element model (full 3D FEM) is additionally constructed to verify the previous numerical models. A set of input ground motions with response spectra matching to the US NRC 1.60 design spectrum is generated to perform linear and nonlinear time-history analyses. Floor response spectra (FRS) and floor displacements are obtained at the different elevations of the structure since they are critical outputs for evaluating the seismic vulnerability of RCB and secondary components. The results show that the difference in seismic responses between linear and nonlinear analyses gets larger as an earthquake intensity increases. It is observed that the linear analysis underestimates floor displacements while it overestimates floor accelerations. Moreover, a systematic assessment of the capability and efficiency of each structural model is presented thoroughly. MLSM can be an alternative approach to a full 3D FEM, which is complicated in modeling and extremely time-consuming in dynamic analyses. Specifically, BTM is recommended as the optimal model for evaluating the nonlinear seismic performance of NPP structures. Thereafter, linear and nonlinear BTM are employed in a series of time-history analyses to develop fragility curves of RCB for different damage states. It is shown that the linear analysis underestimates the probability of damage of RCB at a given earthquake intensity when compared to the nonlinear analysis. The nonlinear analysis approach is highly suggested for assessing the vulnerability of NPP structures.
This study is concerned with radial turbine design and performance improvement of a turbo generator system, which is used for maximizing performance of a 250kW MCFC fuel cell system. A preliminary design of a radial turbine has been performed under the thermodynamic and fluid-dynamic conditions determined by a cycle analysis of the MCFC BOP system. Basic demensions are determined by a meanline analysis and calculation of radial variation at the exit of the turbine. The turbine impeller is designed and modified by iterative processes of three dimensional flow analysis.
The repeated blasting vibration, which is induced commonly in NATM excavation site, can cause a severe damage to the nearby facilities. It is known that the most effective method for reducing blasting vibration includes the use of electronic detonator, deck charge and change of cut method, and so forth. In order to analyze the effect of blasting vibration reduction, in this study, three-dimensional FDM (Finite Difference Method) program FLAC3D has been used for reflecting the blasting hole, delayed time and charging amount. Also the numerical analysis has been performed by applying a dynamic load to each blasting hole. The cut method has been applied with several methods, such as V-cut and Double-drilled parallel cut, which are common in tunnel construction sites. Also, the field test blasting has been carried out in order to compare the measured data with results of numerical analysis. It was shown that the numerical analysis and the field measurement coincide well.
One of the important causes of building and infrastructure failure, such as bridges on pile foundations, is the placement of the piles in liquefiable soil that can become unstable under seismic loads. Therefore, the overarching aim of this study is to investigate the seismic behavior of a soil-pile system in liquefiable soil using three-dimensional numerical FEM analysis, including soil-pile interaction. Effective parameters on concrete pile response, involving the pile diameter, pile length, soil type, and base acceleration, were considered in the framework of finite element non-linear dynamic analysis. The constitutive model of soil was considered as elasto-plastic kinematic-isotropic hardening. First, the finite element model was verified by comparing the variations on the pile response with the measured data from the centrifuge tests, and there was a strong agreement between the numerical and experimental results. Totally 64 non-linear time-history analyses were conducted, and the responses were investigated in terms of the lateral displacement of the pile, the effect of the base acceleration in the pile behavior, the bending moment distribution in the pile body, and the pore pressure. The numerical analysis results demonstrated that the relationship between the pile lateral displacement and the maximum base acceleration is non-linear. Furthermore, increasing the pile diameter results in an increase in the passive pressure of the soil. Also, piles with small and big diameters are subjected to yielding under bending and shear states, respectively. It is concluded that an effective stress-based ground response analysis should be conducted when there is a liquefaction condition in order to determine the maximum bending moment and shear force generated within the pile.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.2
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pp.125-132
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2019
This paper presents a seismic reliability analysis method for an offshore wind turbine with a twisted tripod support structure under earthquake loading. A three dimensional dynamic finite element model is proposed to consider the nonlinearity of the ground-pile interactions and the geometrical characteristics of the twisted tripod support structure where out-of-plane displacement occurs even under in-plane lateral loadings. For the evaluation of seismic reliability, the failure probability was calculated for the maximum horizontal displacement of the pile head, which is calculated from time history analysis using artificial earthquakes for the design return periods. The application of the subset simulation method using the Markov Chain Monte Carlo(MCMC) sampling is proposed for efficient reliability analysis considering the limit state equation evaluation by the nonlinear time history analysis. The proposed method can be applied to the reliability evaluation and design criteria development of the offshore wind turbine with twisted tripod support structure in which two dimensional models and static analysis can not produce accurate results.
The present paper aims at evaluating damage and collapse behavior of low-rise buildings with unidirectional mass irregularities in plan (torsional buildings). In previous earthquake events, such buildings have been exposed to extensive damages and even total collapse in some cases. To investigate the performance and collapse behavior of such buildings from probabilistic points of view, three-dimensional three and six-story reinforced concrete models with unidirectional mass eccentricities ranging from 0% to 30% and designed with modern seismic design code provisions specific to intermediate ductility class were subjected to nonlinear static as well as extensive nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) under a set of far-field real ground motions containing 21 two-component records. Performance of each model was then examined by means of calculating conventional seismic design parameters including the response reduction (R), structural overstrength (${\Omega}$) and structural ductility (${\mu}$) factors, calculation of probability distribution of maximum inter-story drift responses in two orthogonal directions and calculation collapse margin ratio (CMR) as an indicator of performance. Results demonstrate that substantial differences exist between the behavior of regular and irregular buildings in terms of lateral load capacity and collapse margin ratio. Also, results indicate that current seismic design parameters could be non-conservative for buildings with high levels of plan eccentricity and such structures do not meet the target "life safety" performance level based on safety margin against collapse. The adverse effects of plan irregularity on collapse safety of structures are more pronounced as the number of stories increases.
Interaction between closely-spaced buildings subject to earthquake induced strong ground motions, termed in the literature as "seismic pounding", occurs commonly during major seismic events in contemporary congested urban environments. Seismic pounding is not taken into account by current codes of practice and is rarely considered in practice at the design stage of new buildings constructed "in contact" with existing ones. Thus far, limited research work has been devoted to quantify the influence of slab-to-slab pounding on the inelastic seismic demands at critical locations of structural members in adjacent structures that are not aligned in series. In this respect, this paper considers a typical case study of a "new" reinforced concrete (R/C) EC8-compliant, torsionally sensitive, 7-story corner building constructed within a block, in bi-lateral contact with two existing R/C 5-story structures with same height floors. A non-linear local plasticity numerical model is developed and a series of non-linear time-history analyses is undertaken considering the corner building "in isolation" from the existing ones (no-pounding case), and in combination with the existing ones (pounding case). Numerical results are reported in terms of averages of ratios of peak inelastic rotation demands at all structural elements (beams, columns, shear walls) at each storey. It is shown that seismic pounding reduces on average the inelastic demands of the structural members at the lower floors of the 7-story building. However, the discrepancy in structural response of the entire block due to torsion-induced, bi-directionally seismic pounding is substantial as a result of the complex nonlinear dynamics of the coupled building block system.
Greenland, Kasey O.;Merryweather, Andrew S.;Bloswick, Donald S.
Safety and Health at Work
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v.4
no.2
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pp.105-110
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2013
Background: To determine the influence of lifting speed and type on peak and cumulative back compressive force (BCF) and shoulder moment (SM) loads during symmetric lifting. Another aim of the study was to compare static and dynamic lifting models. Methods: Ten male participants performed a floor-to-shoulder, floor-to-waist, and waist-to-shoulder lift at three different speeds [slow (0.34 m/s), medium (0.44 m/s), and fast (0.64 m/s)], and with two different loads [light (2.25 kg) and heavy (9 kg)]. Two-dimensional kinematics and kinetics were determined. A three-way repeated measures analysis of variance was used to calculate peak and cumulative loading of BCF and SM for light and heavy loads. Results: Peak BCF was significantly different between slow and fast lifting speeds (p < 0.001), with a mean difference of 20% between fast and slow lifts. The cumulative loading of BCF and SM was significantly different between fast and slow lifting speeds (p < 0.001), with mean differences ${\geq}80%$. Conclusion: Based on peak values, BCF is highest for fast speeds, but the BCF cumulative loading is highest for slow speeds, with the largest difference between fast and slow lifts. This may imply that a slow lifting speed is at least as hazardous as a fast lifting speed. It is important to consider the duration of lift when determining risks for back and shoulder injuries due to lifting and that peak values alone are likely not sufficient.
CFD (computational fluid dynamics) analyses that considered the dynamic interaction effects between the flow and a turbine were performed to evaluate the power output characteristics of two representative vertical-axis tidal-current turbines: an H-type Darrieus turbine and Gorlov helical turbine (GHT). For this purpose, a commercial CFD code, Star-CCM+, was utilized, and the power output characteristic were investigated in relation to the scale ratio using the relation between the Reynolds number and the lift-to-drag ratio. It was found that the power coefficients were significantly reduced when the scaled model turbine was used, especially when the Reynolds number was lower than $10^5$. The power output characteristics of GHT in relation to the twisting angle were also investigated using a three-dimensional CFD analysis, and it was found that the power coefficient was maximized for the case of a Darrieus turbine, i.e., a twisting angle of $0^{\circ}$, and the torque pulsation ratio was minimized when the blade covered $360^{\circ}$ for the case of a turbine with a twisting angle of $120^{\circ}$.
Jung Dong Ho;Kim Hyeon Ju;Moon Deok Su;Park Han Il;Choi Hak Sun
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.7
no.4
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pp.185-191
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2004
A mooring system can be applied to keep the position of a floating structures. In this study, the structural analysis is carried out to analyze the dynamic characteristics of a mooring line for a floating breakwater. A three-dimensional equations of motion for a submerged chain are derived. Bending stiffness is considered for the necessary restoring force in the regions of zero tension. A fortran program is to be developed by employing finite difference method. In the algorithm, an implicit time integration and Newton-Raphson iteration are adopted. The results of simulation show good agreement in tension response pattern with the experimental results of a reference. The results of this study can contribute for the design of mooring system for a floating breakwater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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