Md. Ghousul Ansari;Sekhar C. Dutta;Aakash S. Dwivedi;Ishan Jha
Earthquakes and Structures
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v.27
no.3
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pp.227-237
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2024
The incidence angle of seismic excitation relative to the two orthogonal major axes of structures has been a subject of considerable research interest. Previous studies have primarily focused on single-storey symmetric and asymmetric structures, suggesting a minimal effect of incidence angle on structural behavior. This research extends the investigation to multi-storey structures, including vertically irregular configurations, using a comprehensive set of 20 near fault and 20 far field seismic excitation. The study employs nonlinear time-history analysis with a bidirectional hysteresis model to capture inelastic deformations accurately. Various structural models, including one-storey and two- storey regular structures (R1, R2) and vertically irregular structures with setbacks in one direction (IR1) and both directions (IR2), are analysed. The analysis reveals that the incidence angle has no discernible impact over the response of regular multi-storey structures. However, vertically irregular structures exhibit notable responses at corner columns, which decrease towards central columns, irrespective of the incidence angle. This response is attributed to the inherent mass distribution and stiffness irregularities rather than the angle of seismic excitation. The findings indicate that for both near fault and far field seismic excitation, the incidence angle's impact remains marginal even for complex structural configurations. Consequently, the study suggests that the angle of incidence of seismic excitation need not be a primary consideration in the seismic design of both regular and vertically irregular structures. These conclusions are robust across various structural models and seismic excitation characteristics, providing a comprehensive understanding the impact of incidence angle on seismic response.
This study presents application effects of hybrid seismic isolation system to realize high seismic performance for low-rise lightweight buildings through a non-linear analysis and onsite experiments. The complex seismic isolation system applied in this study is a method of mixing sliding bearing and laminated rubber bearing in order to overcome limitation of laminated rubber bearing in increasing natural period of the whole seismic isolation system. As a result of the non-linear analysis, seismic isolation buildings designed with complex seismic isolation system are safe because its maximum response displacement is within allowable design displacement even for a strong earthquake which rarely occurs and its maximum response shear is less than design seismic force. As a result of the onsite experiment, the rigidity of seismic isolation stories corresponds to approximately 95.8% of the design equivalent stiffness value. This indicates that actual properties of the whole seismic isolation system correspond to design values.
The bright spot is an indicator for natural gas on seismic stack sections, but it is also shown on layers where the acoustic impedance contrast is large. In order to distinguish sharply between gas and impedance contrast we need additional detailed data processing such as velocity analysis, AVO analysis and seismic complex analysis including measures of seismic amplitude, frequency, and phase. In this study, we performed detailed velocity analysis, complex analysis and DHI (Direct Hydrocarbon Indicator) analysis which is the result of amplitude variation according to the incident angles. The seismic complex analysis gives us the geological information which depends on geophysical properties at the interest layer. For the complex analysis, we computed several seismic attributes such as the instantaneous amplitude, the first and the second derivatives of the instantaneous amplitude, the instantaneous phase, the instantaneous frequency and weighted average instantaneous frequency. Then we applied these analysis techniques to a seismic data of Korea offshore which had been logged. From the result of this data analysis, it could be said that high possibility area for gas layer detection has amplitude anomalies in the instantaneous amplitude, the instantaneous frequency and the DHI section resulting from the AVO analysis. If there are not any other anomalies in detailed data processing, it will have low possibility for gas layer detection.
One of the major components for performance based seismic design is accurate estimation of critical seismic demand parameters. While nonlinear seismic analysis is the most appropriate analysis method for estimation of seismic demand parameters, this method is very time consuming and complex. Single mode pushover analysis method, N2 method and multi-mode pushover analysis method, modal pushover analysis (MPA) are two nonlinear static methods that have recently been used for seismic performance evaluation of few lateral load-resisting systems. This paper further investigates the applicability of N2 and MPA methods for estimating the seismic demands of ductile unstiffened steel plate shear walls (SPSWs). Three different unstiffened SPSWs (4-, 8-, and 15-storey) designed according to capacity design approach were analysed under artificial and real ground motions for Vancouver. A comparison of seismic response quantities such as, height-wise distribution of floor displacements, storey drifts estimated using N2 and MPA methods with more accurate nonlinear seismic analysis indicates that both N2 and MPA procedures can reasonably estimates the peak top displacements for low-rise SPSW buildings. In addition, MPA procedure provides better predictions of inter-storey drifts for taller SPSW. The MPA procedure has been extended to provide better estimate of base shear of SPSW.
Seismic vulnerability assessment is a useful tool for rational safety analysis and planning of large and complex structural systems; it can deal with the effects of uncertainties on the performance of significant structural systems. In this study, an efficient dynamic reliability approach, probability density evolution methodology (PDEM), is proposed for seismic vulnerability analysis of earth dams. The PDEM provides the failure probability of different limit states for various levels of ground motion intensity as well as the mean value, standard deviation and probability density function of the performance metric of the earth dam. Combining the seismic reliability with three different performance levels related to the displacement of the earth dam, the seismic fragility curves are constructed without them being limited to a specific functional form. Furthermore, considering the seismic fragility analysis is a significant procedure in the seismic probabilistic risk assessment of structures, the seismic vulnerability results obtained by the dynamic reliability approach are combined with the results of probabilistic seismic hazard and seismic loss analysis to present and address the PDEM-based seismic probabilistic risk assessment framework by a simulated case study of an earth dam.
Currently, geophysical method is applied for understanding the subsurface geologic structure economically and systematically, but there exists some limitations on recognizing complex subsurface structures precisely by a single geophysical method. In order to understand the complex subsurface structures, we applied various geophysical methods including seismic refraction survey, two-dimensional resistivity survey, seismic tomography survey, suspension-ps log, and understood distribution of low velocity, low resistivity range of resistivity survey and correlation of an intersecting point, velocity distribution of seismic tomography survey.
Air Traffic Control (ATC) towers play significant role in the functionality of each airport. In spite of having complex dynamic behavior and major role in mitigating post-earthquake problems, less attention has been paid to the seismic performance of these structures. Herein, seismic response of an existing ATC tower with a wall-frame structural system that has been designed and detailed according to a local building code was evaluated through the framework of performance-based seismic design. Results of this study indicated that the linear static and dynamic analyses used for the design of this tower were incapable of providing a safety margin for the required seismic performance levels especially when the tower was subjected to strong ground motions. It was concluded that, for seismic design of ATC towers practice engineers should refer to a more sophisticated seismic design approach (e.g., performance-based seismic design) which accounts for inelastic behavior of structural components in order to comply with the higher seismic performance objectives of ATC towers.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.849-854
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2002
From the analysis results of some as-built drawings in national roadway bridges in Korea, many bridge piers are expected to show complex shear-flexural behaviour under earthquakes. But the previous research works about the seismic evaluation of bridges considered flexural behaviour RC piers only. In addition, the past bridge design specifications in Korea didn't include limitation on the amount of longitudinal lap splices in the plastic hinge zone of piers. Thus a large majority of non-seismically designed bridge piers in Korea may have lap splices in plastic hinge zone. In this study, prototype pier was selected among existent bridge piers whose failure mode is expected to be complex shear-flexural mode. And then, full scale and 1/2 reduced scale model RC piers with various longitudinal lap splice details were constructed. From the quasi static test results on these model RC piers, the effect of longitudinal lap splices on the seismic performance of bridges piers was analyzed. And the seismic capacity of the non-seismically designed shear-flexural RC piers was evaluated.
The application of shape memory alloys (SMAs) to the seismic response reduction of civil engineering structures has attracted growing interest due to their self-centering feature and excellent fatigue performance. The loading rate dependence of SMAs raises a concern in the seismic analysis of SMA-based devices. However, the implementation of micromechanics-based strain-rate-dependent constitutive models in structural analysis software is rather complicated and computationally demanding. This paper investigates the feasibility of replacing complex rate-dependent models with rate-independent constitutive models for superelastic SMA elements in seismic time-history analysis. Three uniaxial constitutive models for superelastic SMAs, including one rate-dependent thermomechanical model and two rate-independent phenomenological models, are considered in this comparative study. The pros and cons of the three nonlinear constitutive models are also discussed. A parametric study of single-degree-of-freedom systems with different initial periods and strength reduction factors is conducted to examine the effect of the three constitutive models on seismic simulations. Additionally, nonlinear time-history analyses of a three-story prototype steel frame building with special SMA-based damping braces are performed. Two suites of seismic records that correspond to frequent and design basis earthquakes are used as base excitations in the seismic analyses of steel-braced frames. The results of this study show that the rate-independent constitutive models, with their parameters properly tuned to dynamic test data, are able to predict the seismic responses of structures with SMA-based seismic response modification devices.
The reliability-based seismic design of steel frames is a complex process that incorporates seismic demand with a structural capacity to attain safe buildings aligned with specified constraints. This paper introduces an efficient base shear force formulation to support the reliability-based design process of steel frames. The introduced base shear force equation combines the seismic demand statistics with the reliability objective to calculate a fictitious base shear force for linear static analysis. By concentrating on the seismic demand and promising to meet a certain level of reliability, the equation converts the reliability-based seismic design problem to a deterministic one. Two code-compliant real-size steel moment frames are developed according to different reliability objectives to demonstrate the competency of the proposed formula. The nonlinear dynamic analysis method is used to assess the seismic reliability of the constructed frames, and the numerical results validate the credibility of the suggested formulation. The base shear force calculation method regarding seismic reliability is the main finding of this study. The ease of use makes this approach a potent tool for design professionals and stakeholders to make rapid risk-informed decisions regarding steel moment frame design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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