Buckling-restrained braces are passive control devices with high level of energy dissipation ability. However, they suffer from low post-yield stiffness which makes them vulnerable to severe ground motions, especially near-field earthquakes. Among the several methods proposed to improve resistance of BRB frames, mega-brace configuration can be a solution to increase frame lateral strength and stiffness and improve distribution of forces to prevent large displacement in braces. Due to the limited number of research regarding the performance of such systems, the current paper aims to assess seismic performance of BRB frames with mega-bracing arrangement under near-field earthquakes via a detailed probabilistic framework. For this purpose, a group of multi-story mega-BRB frames were modelled by OpenSEES software platform. In the first part of the paper, simplified procedures including nonlinear pushover and Incremental Dynamic Analysis were conducted for performance evaluation. Two groups of near-fault seismic ground motions (Non-pulse and Pulse-like records) were considered for analyses to take into account the effects of record-to-record uncertainties, as well as forward directivity on the results. In the second part, seismic reliability analyses are conducted in the context of performance based earthquake engineering. Two widely-known EDP-based and IM-based probabilistic frameworks are employed to estimate collapse potential of the structures. Results show that all the structures can successfully tolerate near-field earthquakes with a high level of confidence level. Therefore, mega-bracing configuration can be an effective alternative to conventional BRB bracing to withstand near-field earthquakes.
In order to investigate the seismic behavior of highway bridges under near-fault earthquakes, a parametric study was conducted for different regular and irregular bridges. To this end, an existing regular viaduct Highway Bridge was used as a reference model and five irregular samples were generated by varying span length and pier height. The seismic response of the six highway bridges was evaluated by three dimensional non-linear response history analysis using an ensemble of far-fault and scenario-based near-fault records. In this regard, drift ratio, input and dissipated energy as well as damage index of bridges were compared under far- and near-fault motions. The results indicate that the drift ratio under near-fault motions, on the average, is 100% and 30% more than far-fault motions at DBE and MCE levels, respectively. The energy and damage index results demonstrate a dissipation of lower energy in piers and a significant increase of collapse risk, especially for irregular highway bridges, under near-fault ground motions.
Rahimpour, Nima;Omran, Morteza MohammadAlinejad;Moghaddam, Amir Bazrafshan
Geomechanics and Engineering
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v.30
no.4
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pp.363-372
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2022
One of the most frequent issues in tunnel excavation is the collapse of rock blocks and the dropping of rock fragments from the tunnel face. The tunnel face can be reinforced using a number of techniques. One of the most popular and affordable solutions is the use of face longitudinal dowels, which has benefits including high strength, flexibility, and ease of cutting. In order to examine the reinforced face, this work shows the longitudinal deformation profile and ground response curve for a tunnel face. This approach is based on assumptions made during the analysis phase of problem solving. By knowing the tunnel face response and dowel behavior, the interaction of two elements can be solved. The rock element equation derived from the rock bolt method is combined with the dowel differential equation to solve the reinforced ground response curve (GRC). With a straightforward and accurate analytical equation, the new differential equation produces the reinforced displacement of the tunnel face at each stage of excavation. With simple equations and a less involved computational process, this approach offers quick and accurate solutions. The FLAC3D simulation has been compared with the suggested analytical approach. A logical error is apparent from the discrepancies between the two solutions. Each component of the equation's effect has also been described.
Recently, the high speed railway comes into the spotlight as the important and convenient traffic infrastructure. In Korea, Kyung-Bu high speed train service began in bout 400 km section in 2004, and the Ho-Nam high speed railway will be constructed by 2017. The high speed train will run with a design maximum speed of 300-350 km/hr. Since the trains are operated at high speed, the differential settlement of subgrade under the rail is able to cause a fatal disaster. Therefore, the differential settlement of the embankment must be controlled with the greatest care. Furthermore, the characteristics and causes of settlements which occurred under construction and post-construction should be investigated. A considerable number of studies have been conducted on the settlement of the natural ground over the past several decades. But little attention has been given to the compression settlement of the embankment. The long-term settlement of compacted fills embankments is greatly influenced by the post-construction wetting. This is called 'hydro collapse' or 'wetting collapse'. In spite of little study for this wetting collapse problem, it has been recognized that the compressibility of compacted sands, gravels and rockfills exhibit low compressibility at low pressures, but there can be significant compression at high pressures due to grain crushing (Marachi et al. 1969, Nobari and Duncan 1972, Noorany et al. 1994, Houston et al. 1993, Wu 2004). The characteristics of compression of fill materials depend on a number of factors such as soil/rock type, as-compacted moisture, density, stress level and wetting condition. Because of the complexity of these factors, it is not easy to predict quantitatively the amount of compression without extensive tests. Therefore, in this research I carried out the wetting collapse tests, focusing on various soil/rock type, stress levels, wetting condition more closely.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.10
no.4
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pp.31-40
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2007
Recently, the scale in the field of reinforced soil retaining wall has been grown up like tiered reinforced soil retaining wall. However, there have been increasing number of collapse accidents and large scale of collapse. The design manual adopted in the construction fields have been inconsistent in tiered reinforced soil retaining wall. Therefore, this study performed finite element analysis on 90 cases and analyzed characteristic behavior of lower wall which was one of the effect factors on the stability of tiered reinforced soil retaining wall. The facing displacement of each walls and the behavior of the whole ground were interpreted by the numerical analysis depending on the lower offset distance by the upper wall as well as the upper offset distance by the surcharge load. The results showed that the behavior of tiered reinforced soil retaining wall was differed by condition of surcharge load and each offset distance was found to be important factor.
Detailed finite element (FE) analyses of a full-scale four-story steel frame structure, subjected to consecutive 60% and 100% excitations from the JR Takatori records during the 1995 Hyogoken-Nanbu earthquake, are conducted using E-Simulator. The four-story frame was tested at the largest shake-table facility in the world, E-Defense, in 2007. E-Simulator is a parallel FE analysis software package developed to accurately simulate structural behavior up to collapse by using a fine mesh of solid elements. To reduce computational time in consecutive dynamic time history analyses, static analysis with gravity force is introduced to terminate the vibration of the structure during the analysis of 60% excitation. An overall sway mechanism when subjected to 60% excitation and a story mechanism resulting from local buckling of the first-story columns when subjected to 100% excitation are simulated by using E-Simulator. The story drift response to the consecutive 60% and 100% excitations is slightly smaller than that for the single 100% excitation.
Nohutcu, H.;Hokelekli, E.;Ercan, E.;Demir, A.;Altintas, G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.5
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pp.653-660
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2017
The aim of this study is to accurately estimate seismic damage and the collapse mechanism of the historical stone masonry minaret "Hafsa Sultan", which was built in 1522. Surveying measurements and material tests were conducted to obtain a 3D solid model and the mechanical properties of the components of the minaret. The initial Finite Element (FE) model is analyzed and numerical dynamic characteristics of the minaret are obtained. The Operational Modal Analysis (OMA) method is conducted to obtain the experimental dynamic characteristics of the minaret and the initial FE model is calibrated by using the experimental results. Then, linear time history (LTH) and nonlinear time history (NLTH) analyses are carried out on the calibrated FE model by using two different ground motions. Iron clamps which used as connection element between the stones of the minaret considerably increase the tensile strength of the masonry system. The Concrete Damage Plasticity (CDP) model is selected in the nonlinear analyses in ABAQUS. The analyses conducted indicate that the results of the linear analyses are not as realistic as the nonlinear analysis results when compared with existing damage.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.10a
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pp.1571-1580
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2008
Subsea tunnels that link land to island and among nations for transportation, efficient development of limited surface and pursuit of economic development should be designed to support pore water pressure on the lining. It is generally constructed in the bed rock of the sea bottom. When the tunnel excavation face meets fractured-zones below sea bottom, collapse may occur due to an increase of pore water pressure and large inflow. Such an example can be found in the Norwegian subsea tunnel experiences in 1980's. In this study hydraulic behavior of tunnel heading is investigated using numerical method based on the collapse of Norwegian subsea tunnel. The effect of pore water pressure and inflow rate were mainly concerned. Horse-shoe shaped model tunnel which has 50 m depth from the sea bottom is considered. To evaluate hydraulic performance, parametric study was carried out for varying relative permeability. It is revealed that pore water pressure has increased with an increase of sea depth. Especially, at the fractured-zone, pore water pressure on the lining has increased significantly. Inflow rate into tunnel has also increased correspondingly with an increase in sea depth. S-shaped characteristic relation between relative permeability and normalized pore water pressure was obtained.
The residual capacity against collapse of a main shock-damaged bridge can be coupled with the aftershock ground motion hazard to make an objective decision on its probability of collapse in aftershocks. In this paper, a steel tower suspension bridge with a main span of 2000 m is adopted for a case-study. Seismic responses of the bridge in longitudinal and transversal directions are analyzed using dynamic elasto-plastic finite displacement theory. The analysis is conducted in two stages: main shock and aftershocks. The ability of the main shock-damaged bridge to resist aftershocks is discussed. Results show that the damage caused by accumulated plastic strain can be ignored in the long-span suspension bridge. And under longitudinal and transversal seismic excitations, the damage is prone to occur at higher positions of the tower and the shaft-beam junctions. When aftershocks are not large enough to cause plastic strain in the structure, the aftershock excitation can be ignored in the seismic damage analysis of the bridge. It is also found that the assessment of seismic damage can be determined by superposition of damage under independent action of seismic excitations.
Post earthquake fire (PEF) can lead to the collapse of buildings that are partially damaged in a prior ground-motion that occurred immediately before the fire. The majority of standards and codes for the design of structures against earthquake ignore the possibility of PEF and thus buildings designed with those codes could be too weak when subjected to a fire after an earthquake. An investigation based on sequential analysis inspired by FEMA356 is performed here on the Life-Safety performance level of structures designed to the ACI 318-08 code after they are subjected to two different earthquake levels with PGA of 0.35 g and 0.25 g. This is followed by a four-hour fire analysis of the weakened structure, from which the time it takes for the weakened structure to collapse is calculated. As a benchmark, the fire analysis is also performed for undamaged structure and before occurrence of earthquake. The results show that the vulnerability of structures increases dramatically when a previously damaged structure is exposed to PEF. The results also show the damaging effects of post earthquake fire are exacerbated when initiated from second and third floor. Whilst the investigation is for a certain class of structures (regular building, intermediate reinforced structure, 3 stories), the results confirm the need for the incorporation of post earthquake fire in the process of analysis and design and provides some quantitative measures on the level of associated effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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