Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.6
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pp.305-314
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2021
The Gyeongju and Pohang earthquakes caused damages to many cultural properties; particularly, stone pagoda structures were significantly damaged among masonry cultural properties. To preserve these structures, it is necessary to understand their dynamic behavior characteristics under earthquakes. Analyses on such areas as deformation, frequency, maximum acceleration, permanent displacement, sliding, and rocking have to be performed. Although many analytical studies have already been conducted, dynamic behavior studies based on experiments are insufficient. Therefore, this study analyzed dynamic behavior characteristics by performing a shaking table experiment on a three-story stone pagoda structure at the Cheollongsa temple site damaged by the Gyeongju earthquake. As a result of the experiment, the displacements of stylobates did not occur significantly, but the tower body parts rotated. In particular, the rotation of the 1F main body stone was relatively larger than that of the other chief body stones because the 1F main body stone is relatively more slender than the other parts. In addition, the decorative top was identified as the component most vulnerable to sliding. This study found that the 1F main body stone is vulnerable to rocking, and the parts located on the upper part are more vulnerable to sliding.
One of the most important parameters affecting nonlinearsoil-structure interaction, especially rocking foundation, is the vertical factor of safety (F.Sv). In this research, the effect of F.Sv on the behavior of rocking foundations was experimentally investigated. A set of slow, cyclic, horizontal loading tests was conducted on elastic SDOF structures with different shallow foundations. Vertical bearing capacity tests also were conducted to determine the F.Sv more precisely. Furthermore, 10% silt was mixed with the dry sand at a 5% moisture content to reach the minimum apparent cohesion. The results of the vertical bearing capacity tests showed that the bearing capacity coefficients (Nc and Nγ) were influenced by the scaling effect. The results of horizontal cyclic loading tests showed that the trend of increase in capacity was substantially related to the source of nonlinearity and it varied by changing F.Sv. Stiffness degradation was found to occur in the final cycles of loading. The results indicated that the moment capacity and damping ratio of the system in models with lower F.Sv values depended on soil specifications such cohesiveness or non-cohesiveness and were not just a function of F.Sv.
An experimental study was conducted to evaluate the dynamic behavior of a free-standing frame equipped with a movable base system using cast iron and mortar as the bearing materials. The preliminary friction test indicated that a graphite layer developed on the interface and exhibited stable friction behavior. The friction coefficient ranged from 0.33 to 0.36 when the applied normal compression stress ranged from 2.6 to 5.2 MPa. The effect of the variation of normal compression stress would be small. Shaking table tests on the free-standing frame showed that rock, slide, and rock-slide responses occurred. The cumulative slide distance reached 381 mm under JMA Kobe wave excitation; however, only a few cyclic slides occurred at the same locations along the moving track. Most surfaces sustained single slides. Similar results can be observed in other shaking conditions. The insufficient cyclic sliding and significant rocking resulted in a few graphite layers on the mortar surfaces. Friction coefficients were generally similar to those obtained in the preliminary friction tests; however, the values fluctuated when the rocking became significant. The collisions due to rocking caused strong horizontal acceleration responses and resulted in high friction coefficient. In addition, the strong horizontal acceleration responses caused by the collisions made the freestanding specimen unable to reduce the input horizontal acceleration notably, even when slippage occurred. Compared with the counterpart fixed-base specimen, the specimen equipped with the iron-mortar base could reduce the horizontal acceleration amplification response and the structural deformation, whereas the vertical acceleration response was doubled due to collisions from rocking.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.3
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pp.53-60
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2024
In this study, the performance evaluation of steel dampers was conducted based on existing research results. The test variables are cross-sectional shape and lateral deformation prevention details. As a result of performance tests according to cross-sectional shape, the circular cross-section was evaluated to be superior than the rectangular cross-section in terms of envelope, stiffness reduction, and energy dissipation capacity. In addition, it was evaluated that the rectangular cross-section where lateral deformation occurs can be restrained by lateral deformation prevention details, thereby improving strength and deformation capacity.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.141-148
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2021
In this study, the technology to prevent lateral deformation of steel dampers was reviewed and applied to the clamp type dampers. As for the experimental method, the rocking behavior was applied as in the previous study. The evaluation variables are the existing research results (SV-260) without lateral deformation prevention details and the test results (V-1, V-1R) with lateral deformation prevention details. Where, V-1 is the lateral deformation prevention detail at the lower part of the damper, and V-1R is the lateral deformation prevention detail at the lower part and upper part of the damper. As a result of evaluating the moment, drift ratio, and energy dissipation capacity relative to SV-260 at the time of maximum load, the maximum moments of V-1 and V-1R were increased by 1.22 times and 1.36 times compared to SV-260, and the maximum drift ratio increased by 2.41 times and 2.92 times. In addition, the energy dissipation capacity also increased by 1.39 times and 1.52 times, respectively. Therefore, the application of lateral deformation prevention details to the steel damper was evaluated as appropriate.
This paper illustrates the results of a series of seismic geotechnical centrifuge experiments to explore dynamic structure-soil-structure interaction (SSSI) of two structures (named S1 and S2) installed on ground surface. A dense homogeneous ground is prepared in an equivalent shear beam (ESB) container. Two structural models are designed to elicit soil-foundation-structure interaction (SFSI) with different masses, heights, and dynamic characteristics. Five experimental tests are carried out for: (1) two reference responses of the two structures and (2) the response of two structures closely located at three ranges of distance. It is found that differential settlements of both structures increase and the smaller structure (S2) inversely rotates out of the other (S1) when they interact with each other. S2 structure experiences less settlement and uplift when at a close distance to the S1 structure. Furthermore, the S1 structure, which is larger one, shows a larger rocking and a smaller sliding response due to the SSSI effects, while S2 structure tends to slide more than that in the reference test, which is illustrated by an increase in sliding response and rocking stiffness as well as a decrease in moment-to-shear ratio (M/H·L) of the S2 structure.
Multispan simply supported bridges and multispan continuous bridges take a large portion of bridges in Central and Southeastern United Sates. The superstructure of the bridges are supported by steel rocker bearings. In general, the rocker bearings are modeled with ideal rollers or Coulomb fricition in seismic analysis. However, the rocker bearings have rocking action on pintles after rolling some distance. This rocking action may have considerable effect on the seismic performance of bridges. This study compares the effect of expansion rocker bearings models on a multispan simply supported and a multispan continuous bridge. Since the ideal roller model produces larger responses than the rocking model, its use is undesirable. However, the fricition and hardening model does not have much difference from the responses of the rocking model. In addition, the use of the tow models is convenient in seismic analyses of bridges. Although the rocking model can obtain more exact responses, its behavior is complicated and it may induce the conversion problem in time history analysis because it includes the abrupt changing of stiffiness. The friction and hardening model of expansion rocker bearings is therefore recommended in sesismic analysis.
Kim, Dong-Kwan;Park, Hong-Gun;Kim, Dong-Soo;Lee, Sei-Hyun
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.09a
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pp.201-204
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2010
Earthquake load to design a structure has been calculated from a fixed base SDOF model using amplified surface accelerations along soft soil layers. But the method dose not consider a soil-structure interaction. Centrifugal experiments that were consisted of soil, a shallow foundation and a structure were performed to find the effects of soil-structure interaction. The experiments showed that mass and stiffness of the foundation affected a response of the structure and nonlinear behavior of soil near the foundation. And a rocking displacement caused by overturning moment affected the response and increases a damping effect. In this study, the centrifugal experiment was simulated as a two dimensional finite element model. The finite element model was used for nonlinear time domain analysis of the OpenSees program. The numerical model accurately evaluated the behaviors of soil and the foundation, but the rocking effect and the behavior of structure were not described.
Four full-scaled partially confined and unconfined masonry panels were tested with monotonic lateral loads. To study the effects of vertical force and boundary columns, two specimens with no boundary columns were subjected to different vertical forces, while two wing-wall specimens had the column placed eccentrically and in the middle, respectively. The specimens with no boundary columns exhibited ductile rocking behavior, where the lateral strength increased with increasing vertical compression. The wing-wall specimens with columns behaved as strut-and-tie systems. The column-panel interaction resulted in greater strength, lower deformation capacity and differences in failure modes. A comparison with analytical models showed that rocking strength can be accurately estimated using vertical force and the panel aspect ratio for panels with no boundary columns. The estimation for lateral strength on the basis of a panel section area indicated scattered error for wing-wall specimens.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.5
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pp.66-73
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2022
In this study, the experimental results of 7 dampers with the same strut height and similar cross-sectional area were compared based on the existing research results on steel dampers with rocking behavior. As steel plate dampers, SI-260, SV-260, SS-260 without Lateral deformation prevention detail(Ldpd), I-1, V-1, S-1 with Ldpd, and R20-260 with steel rod damper were evaluated. In addition, R15-260, which has a cross-sectional area of 0.56 times than other dampers, was also reviewed to appropriately evaluate the behavior of the steel rod damper. An important study result is the application superiority of the steel rod damper, which improved the unidirectional behavior of the steel plate dampers. This was proved in the moment-resistance capacity and displacement ratio evaluation. As a result of the evaluation, the R20-260, a steel bar damper, was evaluated as having the best performance. In addition, it is judged to have sufficient seismic resistance as it shows deformability up to a displacement ratio of 2.0.
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