This paper describes an experimental study on structural health monitoring of a 1:3-scaled one-story concrete frame subjected to seismic damage and retrofit. The structure is tested on a shaking table by exerting successively enhanced earthquake excitations until severe damage, and then retrofitted using fiber-reinforced polymers (FRP). The modal properties of the tested structure at trifling, moderate, severe damage and strengthening stages are measured by subjecting it to a small-amplitude white-noise excitation after each earthquake attack. Making use of the measured global modal frequencies and a validated finite element model of the tested structure, a neural network method is developed to quantitatively identify the stiffness reduction due to damage and the stiffness enhancement due to strengthening. The identification results are compared with 'true' damage severities that are defined and determined based on visual inspection and local impact testing. It is shown that by the use of FRP retrofit, the stiffness of the severely damaged structure can be recovered to the level as in the trifling damage stage.
비정형 평면을 가진 건물의 추가적인 손상의 원인이 되는 비틀림과 비정형성의 척도인 편심과의 관계에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔으나 손상도와 편심의 직접적인 관계에 대한 연구는 수행된 적이 거의 없다. 본 연구에서는 비정형 평면을 가진 건물의 복잡한 지진 응답에 적용할 수 있는 3차원 손상도 계수를 이용하여 건물의 손상도와 편심에 대한 정량적인 관계를 분석하였다. 이를 통해 건물의 편심이 커지면 최대변위는 줄어들지만 비틀림 거동이 증가하여, 손상의 집중으로 인해 전반적인 손상도 계수가 증가함이 관찰되었다. 또한, 2차원 주기가 비슷한 경우에는, 건물의 길이가 최대변위와 최대 비틀림에 미치는 영향이 작으며 이로 인해 전체 손상도 계수에도 그 영향이 미미한 것으로 관찰되었다. 해석 결과를 바탕으로 중약진 지역에서 편심의 크기가 10%, 20%, 30%인 단층 건물은 편심이 없는 건물에 비해서 각각 평균 3~5%, 13~18%, 33~47% 정도의 손상도 증가가 있을 것으로 분석하였다. 이와 같은 편심-손상도 관계는비정형 평면을 가진 건물의 내진 설계에 있어서 기본 구조 계획 수립과 내진 성능 평가에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.
지진에 의한 피해는 지진이 가지는 불확실성으로 인하여 확률적으로 예측하여야 한다. 취약도 분석은 교량구조물의 피해를 지반가속도에 따른 확률로 나타내고 주어진 지진파에 대한 손상확률의 단계를 추정할 수 있다. 본 연구에서는 프리스트레스트 콘크리트 교량에 대한 수치적 시뮬레이션에 의한 취약도 곡선을 산출하기위해 해석적 연구를 수행하였다. 이를 위해 지반조건에 따라 각각 100개의 인공지 진파를 생성하고 비선형 시간이력해석을 수행하였다. 손상단계는 기존의 실험결과에 기초한 성능기반에 따라 정의하였으며 RC 교각의 지진거동을 변위연성도로 나타내었다. 손상단계 및 지반가속도를 이용하여 PSC교량의 지반조건에 따른 손상곡선을 도출하여 비교분석하였다. 연구결과에 따르면 지반조건 및 구속철근량에 따른 손상확률의 차이를 확인할 수 있다.
Recently large scale earthquake s are occurred around the world following the damage of buildings. So the interest of preparing for earthquake seismic design and seismic performance has becoming high. School buildings are though used for educational purpose; they are also used as emergency shelter for local residents during earthquake disaster. However, the current seismic design ratio of our country (Korea) is 3.7% and if massive earthquake is occurred it follows a serious damage. In order to overcome this situation, seismic performance evaluation is carried out for existing school building and an accurate and appropriate seismic retrofit is required based on performance evaluation to upgrade the existing school buildings. In this paper, nonlinear static analysis on existing school buildings for ATC-40 and FEMA-356 are carried out using the capacity spectrum method to evaluate seismic performance and to determine the need for retrofitting. In addition, after reinforcement to verify the effect of retrofit enhance the seismic performance is applied the seismic performance evaluation is carried out to verify the effect of seismic retrofit time history analysis using nonlinear dynamic analysis is also performed and nonlinear behavior of earthquake load of seismic retrofit of structures was also investigated.
Structures submitted to Fire-After-Earthquake loading situations, are first experiencing inelastic deformations due to the seismic action and are then submitted to the thermal loading. This means that in the case of steel framed structures, at the starting point of the fire, plastic hinges have already been formed at the ends of the beams. The basic objective of this paper is the evaluation of the rotational capacity of steel I-section beams damaged due to prior earthquake loading, at increased temperatures. The study is conducted numerically and three-dimensional models are used in order to capture accurately the nonlinear behaviour of the steel beams. Different levels of earthquake-induced damage are examined in order to study the effect of the initial state of damage to the temperature-evolution of the rotational capacity. The study starts with the reference case where the beam is undamaged and in the sequel cyclic loading patterns are taken into account, which represent earthquakes loads of increasing magnitude. Additionally, the study extends to the evaluation of the ultimate plastic rotation of the steel beams which corresponds to the point where the rotational capacity of the beam is exhausted. The aforementioned value of rotation can be used as a criterion for the determination of the fire-resistance time of the structure in case of Fire-After-Earthquake situations.
Hejazi, Farzad;Shoaei, Mohammad Dalili;Jaafar, Mohd Saleh;Rashid, Raizal Saiful Bin Muhammad
Earthquakes and Structures
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제8권6호
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pp.1499-1528
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2015
The yielding mechanisms of reinforced concrete (RC) structures are the main cause of the collapse of RC buildings during earthquake excitation. Nowadays, the application of earthquake energy dissipation devices, such as viscous dampers (VDs), is being widely considered to protect RC structures which are designed to withstand severe seismic loads. However, the effect of VDs on the formation of plastic hinges and the yielding criteria of RC members has not been investigated extensively, due to the lack of an analytical model and a numerical means to evaluate the seismic response of structures. Therefore, this paper offers a comprehensive investigation of how damper devices influence the yielding mechanisms of RC buildings subjected to seismic excitation. For this purpose, adapting the Newmark method, a finite element algorithm was developed for the nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete buildings equipped with VDs that are subjected to earthquake. A special finite element computer program was codified based on the developed algorithm. Finally, a parametric study was conducted for a three-story RC building equipped with supplementary VD devices, performing a nonlinear analysis in order to evaluate its effect on seismic damage and on the response of the structure. The results of this study showed that implementing VDs substantially changes the mechanism and formation of plastic hinges in RC buildings.
As public acceptance of nuclear energy in Korea worsens due to the Fukushima accident and the earthquakes that occurred in the Gyeongju area near the Wolsong nuclear power plant (NPP), estimating the effects of earthquakes has become more essential for the nuclear industry. Currently, most countermeasures against earthquakes are limited to large-scale disasters. Minor-scale earthquakes used to be ignored. Even though people do not feel the shaking due to minor earthquakes and minor earthquakes incur little damage to NPPs, they can change the environmental conditions, for instance, underground water level and the conductivity of the groundwater. This study conducted a questionnaire survey of residents living in the vicinity of an NPP to determine their perception and acceptance of plant safety against minor earthquakes. The results show that the residents feel earthquakes at levels that can be felt by people, but incur little damage to NPPs, as minor earthquakes (magnitude of 2.0-3.9) and set this level as a standard for countermeasures. Even if a minor earthquake has little impact on the safety of an NPP, there is still a possibility that public opinion will get worse. This study provides analysis results about problems of earthquake measures of Korean NPPs and specific things that can bring about an effect of deterioration of public acceptance. Based on these data, this article suggests that active management of minor earthquakes is necessary for the sustainability of nuclear energy.
4- and 8-storey reinforced-concrete frame buildings are analyzed under the suites of the near-fault pulse-like, and the corresponding spectrally equivalent far-fault ground-motion records. Seismic fragility curves for the slight, moderate, extensive, and complete damage states are developed, and the damage probability matrices, and the mean loss ratios corresponding to the Design Basis Earthquake and the Maximum Considered Earthquake hazard levels are compared, for the investigated buildings and sets of ground-motion records. It is observed that the spectrally equivalent far-fault ground-motion records result in comparable estimates of the fragility curve parameters, as that of the near-fault pulse-like ground-motion records. As a result, the derived damage probability matrices and mean loss ratios using two suites of ground-motion records differ only marginally (of the order of ~10%) for the investigated levels of seismic hazard, thus, implying the potential for application of the spectrally equivalent ground-motion records, for seismic fragility and risk assessment at the near-fault sites.
In the past study, the fragility curve for the evaluation of earthquake resistance and earthquake-related damage of concrete bearing wall structures were studied. The fragility curve represents the probability of being in or exceeding a given damage state such as Slight, Moderate, Extensive or Complete structural damage state, and is defined as a cumulative lognormal distribution. Each fragility curve is characterized by median and lognormal standard deviation values. We performed parametric pushover analysis for typical 12 and 24 stories apartment buildings. Based on the results, the fragility curves of concrete wall structures were standardized. Using the fragility curve, engineers can directly evaluate the probability of a damage state to a spectral displacement of interest.
This paper presents a comparative study of the damage potentials for the 2016 Gyeongju and 2017 Pohang earthquakes in Korea. Plausible technical explanations are provided for the more severe damage observed in the 2017 Pohang earthquake in spite of its relatively weaker magnitude and intensity measures based on the response analysis of elastic and inelastic single-degree-of-freedom systems for the recorded ground motions. In addition, a detailed case study was conducted for a fatally damaged piloti building with an eccentric shear wall core based on nonlinear dynamic analysis using the input ground motions modified for the building site.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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