This study presents a new method to computes analytical fragility curves of a structure subject to tsunami waves. The method uses dynamic analysis at each stage of the computation. First, the smooth particle hydrodynamics (SPH) model simulates the propagation of the tsunami waves from shallow water to their impact on the target structure. The advantage of SPH over mesh based methods is its capability to model wave surface interaction when large deformations are involved, such as the impact of water on a structure. Although SPH is computationally more expensive than mesh based method, nowadays the advent of parallel computing on general purpose graphic processing unit overcome this limitation. Then, the impact force is applied to a finite element model of the structure and its dynamic non-linear response is computed. When a data-set of tsunami waves is used analytical fragility curves can be computed. This study proves it is possible to obtain the response of a structure to a tsunami wave using state of the art dynamic models in every stage of the computation at an affordable cost.
Recent warnings indicate that there is a potential risk of massive earthquake. These earthquakes could produce large-scale tsunamis. Consideration of the effect of Tsunami to the moored ship is very important bemuse it brings the loss of life and vast property damage in a viewpoint of ship operations within a harbor. If a tsunami occurs, a ship in a harbor may begin drifting in case of ship entering and departing harbor, and breakage of mooring rope and drifting of moored ship are happened. And extremely serious accident, such as stranding and collision to a quay, might occur. On the other hand, since the tsunami consists of approximately component waves of several minutes, there is a possibility of resonance with the long period motion of mooring vessel. As the speed of Tsunami is much faster than tidal current in a harbor, a strong resisting force might act on the moored ships. In this paper, the numerical simulation procedure in the matter of ship motions due to the attack of large-scale tsunamis are investigated and the effects on the ship motions and mooring loads are evaluated by numerical simulation.
Kim, Kyuhan;Park, Hyoungsu;Shin, Sungwon;Cox, Daniel T.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.24
no.6
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pp.400-403
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2012
Laboratory experiments were conducted for tsunami inundation to an urban area with large building roughness. The waterfront portion of the city of Seaside which is located on the US Pacific Northwest coast, was replicated in 1/50 scale in the wave basin. Tsunami heights and velocities on the inundated land were measured at approximately 31 locations for one incident tsunami heights with an inundation height of approximately 10 m (prototype) near the shoreline. The inundation pattern and speed were more severe and faster in some areas due to the arrangement of the large buildings. Momentum fluxes along the roads were estimated using measure tsunami inundation heights and horizontal fluid velocities. As expected, the maximum momentum flux was near the shoreline and decreased landward. Inundation heights and momentum flux were slowly decreased through the road with buildings on each side. The results from this study showed that the horizontal inundation velocity is an important factor for the external force of coastal structures.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.6
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pp.363-368
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2017
The tsunami flood the coastal cities and damage the land structures. The study on wave pressure and force on land structures is one of the important factors in designing the stability of inland structures. In this study, two - dimensional wave flume tests on the horizontal wave force and pressure of tsunamis on a simplified box-type structure was conducted. Vertical distribution and wave power of horizontal wave pressure over time were measured by pressure sensors and force transducer. Also, those were measured from the different wave breaking types. The vertical distribution of horizontal wave pressure was uniform at the moment when the horizontal wave force to the structure was maximum under the breaking wave condition. A surf similarity parameter was employed in order to figure out the relationship between the maximum horizontal wave force on the structure as a function of various incident wave conditions. As a result, the non - dimensionalized horizontal wave force tends to decrease exponentially as the surf similarity parameter increases.
Paczkowski, K.;Riggs, H.R.;Naito, C.J.;Lehmann, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.42
no.6
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pp.831-847
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2012
Impact from water-borne debris during tsunami and flood events pose a potential threat to structures. Debris impact forces specified by current codes and standards are based on rigid body dynamics, leading to forces that are dependent on total debris mass. However, shipping containers and other debris are unlikely to be rigid compared to the walls, columns and other structures that they impact. The application of a simple one-dimensional model to obtain impact force magnitude and duration, based on acoustic wave propagation in a flexible projectile, is explored. The focus herein is on in-air impact. Based on small-scale experiments, the applicability of the model to predict actual impact forces is investigated. The tests show that the force and duration are reasonably well represented by the simple model, but they also show how actual impact differs from the ideal model. A more detailed three-dimensional finite element model is also developed to understand more clearly the physical phenomena involved in the experimental tests. The tests and the FE results reveal important characteristics of actual impact, knowledge of which can be used to guide larger scale experiments and detailed modeling. The one-dimensional model is extended to consider water-driven debris as well. When fluid is used to propel the 1-D model, an estimate of the 'added mass' effect is possible. In this extended model the debris impact force depends on the wave propagation in the two media, and the conditions under which the fluid increases the impact force are discussed.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.24
no.1
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pp.53-59
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2021
The purpose of this study is to develop a damper that protects against the dangers of tidal waves since there's no function to block the inflow of large amounts of water into the inside When natural disasters such as tidal waves occur. Therefore, it intended to derive the design data by simulating through flow analysis in order to predict the pressure that a damper configured to open and close manually or automatically receives. It examined the preceding researches first and conducted the flow analysis, to predict the force of the damper installed on the bottom of the building's outside to prevent the inflow of seawater into the inside when natural disaster occurring. As a result, it showed that, in the event of a tsunami, it moved about 170m and the time impacting the damper occurred within about eight seconds, and, at the moment, the damper door was pressured about 17bar. Also, it could identify that the load was approximately 900kN and the force by the fluid was applied to the damper door.
Hai Van Dang;Sungwon Shin;Eunju Lee;Hyoungsu Park;Jun-Nyeong Park
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.36
no.6
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pp.364-379
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2022
Coastal communities have been vulnerable to extreme coastal flooding induced by hurricanes and tsunamis. Many studies solely focused on the overland flow hydrodynamic and loading mechanisms on individual inland structures or buildings. Only a few studies have investigated the effects of flooding mitigation measures to protect the coastal communities represented through a complex series of building arrays. This study numerically examined the performance of flood-mitigation measures from tsunami-like wave-induced overland flows. A computational fluid dynamic model was utilized to investigate the performance of mitigation structures such as submerged breakwaters and seawalls in reducing resultant forces on a series of building arrays. This study considered the effects of incident wave heights and four geometrically structural factors: the freeboard, crest width of submerged breakwaters, and the height and location of seawalls. The results showed that prevention structures reduced inundation flow depths, velocities, and maximum forces in the inland environment. The results also indicated that increasing the seawall height or reducing the freeboard of a submerged breakwater significantly reduces the maximum horizontal forces, especially in the first row of buildings. However, installing a low-lying seawall closer to the building rows amplifies the maximum forces compared to the original seawall at the shoreline.
Heron, Mal;Prytz, Arnstein;Heron, Scott;Helzel, Thomas;Schlick, Thomas;Greenslade, Diana;Schulz, Eric
Proceedings of the KSRS Conference
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v.1
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pp.34-37
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2006
When tsunami waves propagate across open ocean they are steered by Coriolis force and refraction due to gentle gradients in the bathymetry on scales longer than the wavelength. When the wave encounters steep gradients at the edges of continental shelves and at the coast, the wave becomes non-linear and conservation of momentum produces squirts of surface current at the head of submerged canyons and in coastal bays. HF coastal ocean radar is well-conditioned to observe the current bursts at the edge of the continental shelf and give a warning of 40 minutes to 2 hours when the shelf is 50-200km wide. The period of tsunami waves is invariant over changes in bathymetry and is in the range 2-30 minutes. Wavelengths for tsunamis (in 500-3000 m depth) are in the range 8.5 to over 200 km and on a shelf where the depth is about 50 m (as in the Great Barrier Reef) the wavelengths are in the range 2.5 - 30 km. It is shown that the phased array HF ocean surface radar being deployed in the Great Barrier Reef (GBR) and operating in a routine way for mapping surface currents, can resolve surface current squirts from tsunamis in the wave period range 20-30 minutes and in the wavelength range greater than about 6 km. There is a trade-off between resolution of surface current speed and time resolution. If the radar is actively managed with automatic intervention during a tsunami alert period (triggered from the global seismic network) then it is estimated that the time resolution of the GBR radar may be reduced to about 2 minutes, which corresponds to a capability to detect tsunamis at the shelf edge in the period range 5-30 minutes. It is estimated that the lower limit of squirt velocity detection at the shelf edge would correspond to a tsunami with water elevation of less than 5 cm in the open ocean. This means that the GBR HF radar is well-conditioned for use as a monitor of small and medium scale tsunamis, and has the potential to contribute to the understanding of tsunami genesis research.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.8
no.4
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pp.590-595
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2020
In this study, the small-scale collision experiments using a pendulum principle were carried out to evaluate the safety of the reinforced concrete building selected as a tsunami evacuation building due to the collision of the waterborne debris represented by ships. The experimental parameters were set as impact velocity, mass and length of the drifted ship. In this paper, the maximum impact force, impact duration, impact waveform and restitution coefficient affecting building response were investigated in detail. As a result, the impact force waveforms were distributed as a triangle in most of the experimental results, but became closer to a trapezoid as the length of the collision specimen increased. This is the very important result in calculating the momentum (impact waveform area) affecting building response, Furthermore, the restitution coefficients were constant regardless of the impact velocity, but they varied depending on the mass and length of the waterborne debris. However, the restitution coefficient for the mass per unit length of the waterborne debris can be evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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