Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.1
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pp.87-93
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2008
Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, varies with respect to the dynamic characteristics of an earthquake such as magnitude, frequency and duration. In this study, the effects of excitation characteristics on the equivalent linear system of a building structure with the MR damper are investigated through numerical analysis for artificial ground motions generated from different response spectrums. The equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is calculated using Newmark and Hall's equations for ground motion amplification factors. It is found that the equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is dependent on the ratio of the maximum friction force of the MR damper over excitation magnitude. Frequency contents of the earthquake ground motion affects the equivalent damping ratio of long-period structures considerably. Also, additional damping effect caused by interaction between the viscousity and friction of the MR damper is observed. Finally. response reduction factors for equivalent linear systems are proposed in order to improve accuracy in the prediction of the actual nonlinear response.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.1
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pp.31-40
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2003
Due to the random nature of earthquake, the definition of the input excitation is one of the major uncertainties in the seismic response analysis. Furthermore, ground motions that correspond to a limited number of design parameters are not unique. Consequently, a brood range of response values can be obtained even with a set of motions, which match the same target parameters. The paper presents a practical probabilistic approach that can be used to systematically model the stochastic nature of seismic loading. The new approach is based on energy-based RMS hazard and takes account for the uncertainties of key ground motion parameters. The simulations indicate that the new RMS procedure is particularly useful for the rigorous probabilistic seismic response analysis, since the procedure is suitable for generation of large number of hazard-compatible motions, unlike the conventional procedure that aim to generate a small number of motions.
Park, Kyung-Rock;Jeon, Bub-Gyu;Kim, Nam-Sik;Seo, Ju-Won
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.5
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pp.35-44
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2011
PGA (Peak Ground Acceleration) is the parameter which indicates the peak value for strong ground motion and is mainly due to the intensity of the seismic wave. Usually, seismic waves can consist of different characteristics and can have different effects on structures. Therefore, it may be undesirable that the effects of a seismic wave are evaluated only based on the PGA. In this study, time history analysis was executed with a single degree of freedom model for inelastic seismic analysis. The numerical model was assumed to be a perfect elasto-plastic model. Input accelerations were made with El Centro NS (1940), other earthquake records and artificial earthquakes. The displacement ductility demand and cumulative dissipated energy, which were calculated from other artificial earthquakes, were compared. As a result, different responses from other seismic waves which have the same PGA were identified. Therefore, an index which could reflect both seismic and structural characteristics is needed. The SI (Spectrum Intensity) scale which could be obtained from integration by parts of the velocity response spectrum could be an index reflecting the inelastic seismic response of structures. It can be possible to identify from correlation analysis among the SI scale, displacement ductility demand and cumulative dissipated energy that the SI scale is sufficient to be an index for the inelastic response of structures under seismic conditions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.3
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pp.141-150
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2014
A methodology to evaluate the seismic performance of interface piping systems that cross the isolation interface in the seismically isolated nuclear power plant (NPP) was developed. The developed methodology was applied to the safety-related interface piping system to demonstrate the seismic performance of the target piping system. Not only the seismic performance for the design level earthquakes but also the performance for the beyond design level earthquakes were evaluated. Two artificial seismic ground input motions which were matched to the design response spectra and two historical earthquake ground motions were used for the seismic analysis of piping system. The preliminary performance evaluation results show that the excessive relative displacements can occur in the seismically isolated piping system. If the input ground motion contained relatively high energy in the low frequency region, we could find that the stress response of the piping system exceed the allowable stress level even though the intensity of the input ground motion is equal to the design level earthquake. The structural responses and seismic performances of piping system were varied sensitively with respect to the intensities and frequency contents of input ground motions. Therefore, for the application of isolation system to NPPs and the verification of the safety of piping system, the seismic performance of the piping system subjected to the earthquake at the target NPP site should be evaluated firstly.
To identify the detailed attenuation structure in the southern Korean Peninsula, a numerical test was conducted for the Q tomography inversion to be applied to the accumulated dataset until 2005. In particular, the stochastic pointsource ground-motion model (STGM model; Boore, 2003) was adopted for the 2D Q tomography inversion for direct application to simulating the strong ground-motion. Simultaneous inversion of the STGM model parameters with a regional single Q model was performed to evaluate the source and site effects which were necessary to generate an artificial dataset for the numerical test. The artificial dataset consists of simulated Fourier spectra that resemble the real data in the magnitude-distance-frequency-error distribution except replacement of the regional single Q model with a checkerboard type of high and low values of laterally varying Q models. The total number of Q blocks used for the checkerboard test was 75 (grid size of $35{\times}44km^2$ for Q blocks); Q functional form of $Q_0f^{\eta}$ ($Q_0$=100 or 500, 0.0 < ${\eta}$ < 1.0) was assigned to each Q block for the checkerboard test. The checkerboard test has been implemented in three steps. At the first step, the initial values of Q-values for 75 blocks were estimated. At the second step, the site amplification function was estimated by using the initial guess of A(f) which is the mean site amplification functions (Yun and Suh, 2007) for the site class. The last step is to invert the tomographic Q-values of 75 blocks based on the results of the first and second steps. As a result of the checkerboard test, it was demonstrated that Q-values could be robustly estimated by using the 2D Q tomography inversion method even in the presence of perturbed source and site effects from the true input model.
The collapse of civil infrastructure due to natural disasters results in financial losses and many casualties. In particular, the recent increase in earthquake activities has highlighted on the importance of assessing the seismic performance and predicting the seismic risk of a structure. However, the nonlinear behavior of a structure and the uncertainty in ground motion complicate the accurate seismic response prediction of a structure. Artificial intelligence can overcome these limitations to reasonably predict the nonlinear behavior of structures. In this study, a deep learning-based algorithm was developed to estimate the time-history seismic response of bridge structures. The proposed deep neural network was trained using structural and ground motion parameters. The performance of the seismic response prediction algorithm showed the similar phase and magnitude to those of the time-history analysis in a single-degree-of-freedom system that exhibits nonlinear behavior as a main structural element. Then, the proposed algorithm was expanded to predict the seismic response and fragility prediction of a bridge system. The proposed deep neural network reasonably predicted the nonlinear seismic behavior of piers and bearings for approximately 93% and 87% of the test dataset, respectively. The results of the study also demonstrated that the proposed algorithm can be utilized to assess the seismic fragility of bridge components and system.
The initial impact at foot strike is produced by a slider type mechanical model, which can be measured using a force platform to evaluate various shoes. The lower extremity and foot motion was filmed by a 16mm high speed movie camera and several points on the rear half of the shoe and those near the trochanter and the lateral epicondyle were digitized to provide the linear and angular positions and velocities during impact. With these observed kinematics, a slider type foot strike simulator composed of guide rail and sliding dummy is designed. The simulator system makes the artificial foot of the dummy with running shoe on it to follow the foot strike motion. The dummy has the relevant mass-spring-damper system modeled after McMahon's. The motion of the model is drived by the gravity force and the generated motion alone with the ground reaction forces are monitored by the same procedures afore mentioned producing the initial foot strike impact similar to the onto observed in human gait.
A set of field investigations was performed to estimate accurately the predominant periods of seismic 8round motions and the attenuation characteristics of the seismic ground vibration. Predominant periods of ground motions were estimated from the measurement of the continuous microseismic vibratins of certain periods, inherent in the ground and in the buildings, utilizing the high sensitivity digital velocity seismometer consisting of 3-component geophones and a digital seismograph. Estimated predominant periods of microseismic vibraion of the ground(measured on'the ground surface) and the building (measured on the second floor) were in the range of 0.18~0.235 sec. and 0.26~0.31 sec. respectively. The subsurface structure of the site ground was surveyed by the seismic refraction method utilizing the digital seismicwave probing system. The ground structure was found to be a two-layered system : an upper top soil layer of 7m in thickness with the P-wave velocity of 662m1sec and a lower layer of silty-clayey soils with the P -wave velocity of 2210m1 sec. The attenuation characteristics of the seismic ground vibrations were determined by the amplitude decay measurement method us;ng the Seisgun, which produces strong artificial seismic energy. Measured spatial attenuation coefficients of the ground vibration in vertical(Z) longitudinal(X), transverse(Y) direction were 0.1137, 0.0025, and 0.0290 respectively. Estimated Spartial QP's (inverse of the specific dissipation constant w.r.t. shear waved of X, Y, and Z directions were in the range of 5.913~7.575, 32.371~41.452, 2.794~3.579 re spectively. This indicates that aseimic design of the structures on the site should take stronger consideration regarding the earthquake resistance characteristics of the structures against longitudinal ground motion.
Kim, Tae-Ho;Park, Ji-Hyeong;Kim, Ook-Jong;Lee, Do-Bum;Ko, Hyun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.5
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pp.11-21
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2008
In recent years, time history analysis has been the method generally used for the seismic analysis of tall buildings with damping devices. When T is the natural period of the first vibration mode of the structure, the sum of the spectral acceleration of the earthquake ground motion is usually adjusted to that of the design response spectrum in the period ranging from 0.2T to 1.5T to meet the requirements of design code. However, when the ground motion is scaled according to the design code, the differences in the responses obtained by response spectrum analysis (RSA) and time history analysis (THA) of the structures increase as the natural period of the structure becomes longer. When time history analysis is performed by using ground accelerations that are scaled according to the design code, base shear is similar to that obtained from RSA, but other responses, such as displacements, drifts and member forces, are underestimated compared to RSA. If these results are adjusted by multiplying with the scale-up factor, the scaled responses become much smaller. Therefore, a scaling method of ground motions corresponding with the design code is proposed in this study, as a way of assisting structural engineers in generating artificial ground motions.
Seismic response of two dimensional liquid tanks is numerically simulated using fully nonlinear velocity potential theory. Galerkin-weighted-residual based finite element method is used for solving the governing Laplace equation with fully nonlinear free surface boundary conditions and also for velocity recovery. Based on mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) method, fourth order explicit Runge-Kutta scheme is used for time integration of free surface boundary conditions. A cubic-spline fitted regridding technique is used at every time step to eliminate possible numerical instabilities on account of Lagrangian node induced mesh distortion. An artificial surface damping term is used which mimics the viscosity induced damping and brings in numerical stability. Four earthquake motions have been suitably selected to study the effect of frequency content on the dynamic response of tank-liquid system. The nonlinear seismic response vis-a-vis linear response of rectangular liquid tank has been studied. The impulsive and convective components of hydrodynamic forces, e.g., base shear, overturning base moment and pressure distribution on tank-wall are quantified. It is observed that the convective response of tank-liquid system is very much sensitive to the frequency content of the ground motion. Such sensitivity is more pronounced in shallow tanks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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