Near-fault ground motion with directivity or fling effects is significantly influenced by the rupture mechanism and substantially different from ordinary records. This class of ground motion has large amplitude and long period, exhibits unusual response spectra shapes, possesses high PGV/PGA and PGD/PGA ratios and is best characterized in the velocity and the displacement time-histories. Such ground motion is also characterized by its energy being contained in a single or very few pulses, thus capable of causing severe damage to the structures. This paper investigates the characteristics of near-fault pulse-like ground motions and their implications on the structural responses using new proposed measures, such as, the effective frequency range, the energy rate (in time and frequency domains) and the damage indices. The paper develops also simple mathematical expressions for modeling this class of ground motion and the associated structural responses, thus eliminating numerical integration of the equations of motion. An optimization technique is also developed by using energy concepts and damage indices for modeling this class of ground motion for inelastic structures at sites having limited earthquake data.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.123-132
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2017
A smart tuned mass damper (TMD) was developed to provide better control performance than a passive TMD for reduction of earthquake induced-responses. Because a passive TMD was developed decades ago, optimal design methods for structural parameters of a TMD, such as damping constant and stiffness, have been developed already. However, studies of optimal design method for structural parameters of a smart TMD were little performed to date. Therefore, parameter studies of structural properties of a smart TMD were conducted in this paper to develop optimal design method of a smart TMD under seismic excitation. A retractable-roof spatial structure was used as an example structure. Because dynamic characteristics of a retractable-roof spatial structure is changed based on opened or closed roof condition, control performance of smart TMD under off-tuning was investigated. Because mass ratio of TMD and smart TMD mainly affect control performance, variation of control performance due to mass ratio was investigated. Parameter studies of structural properties of a smart TMD was performed to find optimal damping constant and stiffness and it was compared with the results of optimal passive TMD design method. The design process developed in this study is expected to be used for preliminary design of a smart TMD for a retractable-roof spatial structure.
Bayesian inversion for gravity and resistivity data was performed to investigate the cavity structure appearing as a lava tunnel in Cheju Island, Korea. Dipole-dipole DC resistivity data were proposed for a prior information of gravity data and we applied the geostatistical techniques such as kriging and simulation algorithms to provide a prior model information and covariance matrix in data domain. The inverted resistivity section gave the indicator variogram modeling for each threshold and it provided spatial uncertainty to give a prior PDF by sequential indicator simulations. We also presented a more objective way to make data covariance matrix that reflects the state of the achieved field data by geostatistical technique, cross-validation. Then Gaussian approximation was adopted for the inference of characteristics of the marginal distributions of model parameters and Broyden update for simple calculation of sensitivity matrix and SVD was applied. Generally cavity investigation by geophysical exploration is difficult and success is hard to be achieved. However, this exotic multiple interpretations showed remarkable improvement and stability for interpretation when compared to data-fit alone results, and suggested the possibility of diverse application for Bayesian inversion in geophysical inverse problem.
One of the most common solutions adopted to reduce vibrations of skyscrapers due to wind or earthquake action is to add external damping devices to these structures, such as a TMD (Tuned Mass Damper) or TLCD (Tuned Liquid Column Damper). It is well known that a TLCD device introduces on the structure a nonlinear damping force whose effect decreases when the amplitude of its motion increases. The main objective of this paper is to describe a Hardware-in-the-Loop test able to validate the effectiveness of the TLCD by simulating the real behavior of a tower subjected to the combined action of wind and a TLCD, considering also the nonlinear effects associated with the damping device behavior. Within this test procedure a scaled TLCD physical model represents the hardware component while the building dynamics are reproduced using a numerical model based on a modal approach. Thanks to the Politecnico di Milano wind tunnel, wind forces acting on the building were calculated from the pressure distributions measured on a scale model. In addition, in the first part of the paper, a new method for evaluating the dissipating characteristics of a TLCD based on an energy approach is presented. This new methodology allows direct linking of the TLCD to be directly linked to the increased damping acting on the structure, facilitating the preliminary design of these devices.
This study evaluates seismic performance of the school buildings with the selected template designs in Turkey considering nonlinear behavior of reinforced concrete components. Six school buildings with template designs were selected to represent major percentage of school buildings in medium-size cities located in high seismic region of Turkey. Selection of template designed buildings and material properties were based on field investigation on government owned school buildings in several cities in western part of Turkey. Capacity curves of investigated buildings were determined by pushover analyses conducted in two principal directions. The inelastic dynamic characteristics were represented by equivalent single-degree-of-freedom (SDOF) systems and their seismic displacement demands were calculated under selected ground motions. Seismic performance evaluation was carried out in accordance with recently published Turkish Earthquake Code that has similarities with FEMA-356 guidelines. Reasons of building damages in past earthquakes are examined using the results of performance assessment of investigated buildings. The effects of material quality on seismic performance of school buildings were investigated. The detailed examination of capacity curves and performance evaluation identified deficiencies and possible solutions for template designs.
One of the important factors is the infill walls in the change of the structural rigidity, ductility, dynamic and static characteristics of the structures. The infill walls are not generally included in numerical analysis of reinforced concrete (RC) structural system due to lack of suitable theory and the difficulty of calculating the recommended models. In seismic regions worldwide, the residential structures are generally RC buildings with infill wall. Therefore, understanding the contribution of the infill walls to seismic performance of buildings may have a vital importance. This paper investigates the effects of infill walls on seismic performance of the existing RC residential buildings by considering requirements of the Turkish Earthquake Code (TEC). Seismic performance levels of residential RC buildings with and without walls in high-hazard zones were determined according to the nonlinear procedure given in the code. Pushover curves were obtained by considering the effect of masonry infill walls on seismic performance of RC buildings. The analysis results showed that the infill walls beneficially effected to the rigidity, roof displacements and seismic performance of the building.
Dynamic rock property is one of most important parameters in design of earthquake-resistant structures. In this study, free-free resonant column test has been conducted to obtain dynamic Young's modulus, dynamic shear modulus, and damping ratio among dynamic properties with granite specimen of Chungnam Yeongi area. The dynamic properties obtained from this test were compared with the physical properties from static rock tests, and their relationship has been analyzed. From our study, it has been concluded that the dynamic Young's modulus and the dynamic shear modulus are linearly proportional to the elastic wave velocity. And also the damping ratio has been identified to be in non-linear inverse proportion to the elastic wave velocity.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.9
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pp.862-873
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2007
Energy dissipation devices can be considered as an alternative for the seismic performance enhancement of existing structures based on the strengthened seismic design code. In this study, seismic response mitigation effects of friction dampers are investigated through the shaking table test of a full scale 3 story building structure. Frist, the bilinear force-displacement relationship of a structure-brace-friction damper system and the effect of brace-friction damper on the increase of frequency and damping ratio are identified. Second, frequency, displacement, and torque dependent characteristics of the friction damper are investigated by using harmonic load excitation tests. Finally, the shaking table tests are performed for a full scale 3 story steel frame. System identification results using random signal excitation indicated that brace-friction damper increased structural damping ratio and frequency, and El Centro earthquake test showed that brace-friction damper reduced the peak displacement and acceleration significantly. In particular, it was observed that the damping effect due to friction damper becomed obvious when the structure was excited by more intensive load causing frequent slippage of the friction dampers.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.620-625
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2009
The seismic slope stability is most often evaluated by the pseudo-static limit analysis, in which the earthquake loading is simplified as static inertial loads acting in horizontal and/or vertical directions. The transient loading is represented by constant acceleration via the pseudostatic coefficients. The result of a pseudostatic analysis is governed by the selection of the value of the pseudostatic coefficient. However, selection of the value is very difficult and often done in an ad hoc manner without a sound physical reasoning. In addition, the maximum acceleration is commonly estimated from the design guideline, which cannot accurately estimate the dynamic response of a slope. There is a need to perform a 2D dynamic analysis to properly define the dynamic response characteristics. This paper develops the modified one-dimensional seismic site response analysis. The modified site response analysis adjusts the density of the layers to simulate the change in mass and weight of the layers of the slope with depth. Multiple analyses are performed at various locations within the slope to estimate the change in seismic response of the slope. The calculated peak acceleration profiles with depth from the developed procedure are compared to those by the two-dimensional analyses. Comparisons show that the two methods result in remarkable match.
The effects of variability of the mechanical properties of lead rubber bearings on the response of a seismic isolation system are investigated. Material variability in manufacturing, aging, and operation temperature is assumed, and two variation models of an isolation system are considered. To evaluate the effect of ground motion characteristics on the response, 27 earthquake record sets with different peak A/V ratios were selected, and three components of ground motions were used for a seismic response analysis. The response in an isolation system and a superstructure increases significantly for ground motions with low A/V ratios. The variation in the mechanical properties of isolators results in a significant influence on the shear strains of the isolators and the acceleration response of the superstructure. The variation provisions in the ASCE-4 are reasonable, but more strict variation limits should be given to isolation systems subjected to ground motions having low A/V ratios. For application of seismic isolation systems to safety-related nuclear structures, the variation in the material and mechanical properties of the isolation system should be properly controlled during the manufacturing and aging processes. In addition, special consideration should be given to minimize the accidental torsion caused by the dissimilarity in the stiffness variations of the isolators.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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