Near-field ground motions exhibit special characteristics that are different from ordinary far-field ground motions. This paper first briefly examines the characteristics of near-field ground motions associated with fault directivity and fling-step effects. Then evaluation of near-field ground motions by inelatstic response spectrum analysis is performed and analyzed. As a result, ductility demand in near-field ground motions is larger in hanging wall than in foot wall in long period regions. Also in long period regions ductility demand in soil site is larger than that in rock site.
This study presents an analytical investigation on the seismic response of a medium-rise buckling-restrained braced frame (BRBF) under the near-fault ground motions. A seven-story BRBF is designed as per the current code provisions for five different combinations of brace configurations and beam-column connections. Two types of brace configurations (i.e., Chevron and Double-X) are considered along with a combination of the moment-resisting and the non-moment-resisting beam-to-column connections for the study frame. Nonlinear dynamic analyses are carried out for all study frames for an ensemble of forty SAC near-fault ground motions. The main parameters evaluated are the interstory and residual drift response, brace displacement ductility, and plastic hinge mechanisms. Fragility curves are developed using log-normal probability density functions for all study frames considering the interstory drift ratio and residual drift ratio as the damage parameters. The average interstory drift response of BRBFs with Double-X brace configurations significantly exceeded the allowable drift limit of 2%. The maximum displacement ductility characteristics of BRBs is efficiently utilized under the seismic loading if these braces are arranged in the Double-X configurations instead of Chevron configurations in BRBFs located in the near-fault regions. However, BRBFs with the Double-X brace configurations exhibit the higher interstory drift and residual drift response under near-fault ground motions due to the formation of plastic hinges in the columns and beams at the intermediate story levels.
This study investigates the optimum design parameters of a superelastic friction base isolator (S-FBI) system through a multi-objective genetic algorithm to improve the performance of isolated buildings against near-fault earthquakes. The S-FBI system consists of a flat steel-PTFE sliding bearing and superelastic NiTi shape memory alloy (SMA) cables. Sliding bearing limits the transfer of shear across the isolation interface and provides damping from sliding friction. SMA cables provide restoring force capability to the isolation system together with additional damping characteristics. A three-story building is modeled with S-FBI isolation system. Multiple-objective numerical optimization that simultaneously minimizes isolation-level displacements and superstructure response is carried out with a genetic algorithm in order to optimize S-FBI system. Nonlinear time history analyses of the building with optimal S-FBI system are performed. A set of 20 near-fault ground motion records are used in numerical simulations. Results show that S-FBI system successfully control response of the buildings against near-fault earthquakes without sacrificing in isolation efficacy and producing large isolation-level deformations.
Since the peak seismic response of a base-isolated building strongly depends on the characteristics of the imposed seismic ground motion, the behavior of a base-isolated building under different seismic ground motions is studied, in order to better assess their effects on its peak seismic response. Specifically, the behavior of a typical steel building is examined as base-isolated with elastomeric bearings, while the effect of near-fault ground motions is studied by imposing 7 pairs of near- and 7 pairs of far-fault seismic records, from the same 7 earthquake events, to the building, under 3 different loading combinations, through three-dimensional (3D) nonlinear dynamic analyses, conducted with SAP2000. The results indicate that near-fault seismic components are more likely to increase the building's peak seismic response than the corresponding far-fault components. Furthermore, the direction of the imposed earthquake excitations is also varied by rotating the imposed pairs of seismic records from 0◦ to 360◦, with respect to the major construction axes. It is observed that the peak seismic responses along the critical incident angles, which in general differ from the major horizontal construction axes of the building, are significantly higher. Moreover, the influence of 5% and 10% accidental mass eccentricities is also studied, revealing that when considering accidental mass eccentricities the peak relative displacements of the base isolated building at the isolation level are substantially increased, while the peak floor accelerations and interstory drifts of its superstructure are only slightly affected.
In this paper, a configurable DC distributiong system is being proposed considering national power systems conditions and a comparative analysis of the transient response of the contingencies is performed with the conventional AC systems. DC systems are evaluated as a promising next-generation distribution system that provides reliable operation through high efficiency of energy use and converter control. This paper discusses about the required elements for the national DC distribution system and has analysed the fault characteristics of the AC and DC distribution systems using PSCAD/EMTDC. According to the simulation results, the DC system has improved response, due to the DC/DC converter's charging/discharging characteristics, in terms of voltage and power system characteristics when compared to AC systems.
The seismic safety of long-period cable-stayed bridges is assessed by probabilistic finite element analysis and reliability analysis under NFE. The structural response of critical members of cable-stayed bridges is evaluated using the developed probabilistic analysis algorithm. In this study, the real earthquake recording(Chi-Chi Earthquake; 1997) was selected as the input NFE earthquake for investigating response characteristics. The probabilistic response and reliability index shows the different aspect comparing the result from FFE earthquake. Therefore, the probabilistic seismic safety assessment on NFE earthquakes should be performed for the exact evaluation of long-period cable-stayed bridges and the earthquake resistant design criteria should be complemented.
Wu, Xiangguo;Nie, Chenhang;Qiu, Faqiang;Zhang, Xuesen;Hong, Li;Lee, Jong-Sub;Kang, Thomas H.K.
Computers and Concrete
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제29권2호
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pp.69-79
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2022
For long underground box utility tunnels, post-tensioned precast concrete is often used. Between precast tunnel segments, sealed waterproof flexible joints are often specified. Fault displacement can lead to excessive deformation of the joints, which can lead to reduction in waterproofing due to diminished contact pressure between the sealant strip and the tunnel segment. This paper authenticates utilization of a finite element model for a prefabricated tunnel fault-crossing founded on ABAQUS software. In addition, material parameter selection, contact setting and boundary condition are reviewed. Analyzed under normal fault action are: the influence of fault displacement; buried depth; soil friction coefficient, and angle of crossing at the fault plane. In addition, distribution characteristics of the utility tunnel structure for vertical and longitudinal/horizontal relative displacement at segmented interface for the top and bottom slab are analyzed. It is found that the effect of increase in fault displacement on the splice joint deformation is significant, whereas the effects of changes in burial depth, pipe-soil friction coefficient and fault-crossing angle on the overall tunnel and joint deformations were not so significant.
In this paper, the transient shielding characteristics of slitted electrothermal shield of superconducting alternator is studied. The field current and the armature currents variations during three phase short circuit fault are calculated and compared to those of the conventional one. And the response of the armature current due to step-up of the excitation voltage showes the feasibility of the quick response excitation system available for improving the transient stability.
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.
A Hybrid Fault Current Limiter(FCL) which has more advantages in fast response and thermal characteristics than a simple resistive FCL had been proposed by our group. The Hybrid FCL consists of a resistive FCL for the magnitude of the first peak of fault current, and a fast switch for detecting fault current and generating the repulsive force within a cycle in fault situation. In ideal case, the impedance of the fast switch wound with two other kinds of HTS tape is negligibly zero in normal operation. But, during the fault situation, each HTS tape has different quench characteristics because of asymmetric current distribution. And this phenomenon causes effective flux and this flux opens the switch through the repulsive force applied to a metal plate of the fast switch. The magnitude of the repulsive force affects the switching characteristics of the fast switch. It should be large enough to raise the metal plate up. Otherwise the arc re-out break which are caused by not enough repulsive force to raise the metal plate up can cause unintended operation of the fast switch. In this paper, the numerical calculation of the repulsive force applied to the metal plate of the fast switch in various combinations of HTS tapes was performed by using the short-circuit test and finite element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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