The use of electricity and communication between electronic devices is increasing daily, which makes the stability of electrical power supply vital. Since the 1990s, large earthquakes have occurred frequently causing considerable direct damage to electrical power facilities as well as secondary damage, such as difficulty in restoring functions due to the interruption of electric power supply. Therefore, it is very important to establish measures to protect electrical power facilities, such as transformers and switchboards, from earthquakes. In this study, a 154 kV transformer whose service life had expired was installed on the base fabricated by simulating the field conditions and conducting the shaking table tests. The dynamic characteristics and seismic behavior of the 154 kV transformer were analyzed through the resonance frequency search test and seismic simulation test that considers the front, rear, left, and right directions. Since the purpose of this study is to analyze the acceleration amplification in the bushing due to the acceleration amplification, the experimental results were analyzed focusing on the acceleration response and the converted acceleration amplification ratio rather than the failure due to the displacement response of the transformer. The seismic force amplification at the transformer bushing was evaluated by simulating the characteristics of electrical power facilities in South Korea, and compared with the IEC TS 61463 acceleration amplification factor. Finally, the amplification factor at zero period acceleration (ZPA) modified for each return period was summarized. The results of this study can be used as data to define the amplification factor at ZPA of the transformer bushing, simulating the characteristics of electrical power facilities in Korea.
Park, Seong-Jae;Chun, Nakhyun;Hwang, Kyeong-Min;Moon, Jiho;Song, Jong-Keol
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.3
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pp.159-169
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2020
Acceleration amplification factors, which are variables used in the seismic design of power facilities installed inside substation structures, are presented in the seismic design standards of the United States (US), Japan, and Korea. Unlike the coefficients presented in the design standards of the US and Japan, those presented in domestic design standards can be obtained only by performing dynamic analysis when the substation structure has more than four floors. Because most substation structures in Korea have 4-5 stories, the existing acceleration amplification factor is insufficient to be applied to actual substation structures. To suggest an acceleration amplification factor suitable for domestic substation structure types, the acceleration amplification factor was evaluated for seven representative substation structures. The acceleration amplification factors were evaluated by constructing in-structure response spectra based on a study of far-field and near-fault earthquakes. In general, the acceleration amplification coefficients αJ and αA according to the US and Japan seismic design criteria tend to be overestimated compared with the acceleration amplification factors obtained through dynamic analysis based on the study of near-fault and far-field earthquakes.
Three ground models are analyzed using a 1g shaking table and laminar shear box (LSB) to investigate the impact of the ground structure on seismic wave amplification during earthquakes. Multi-layer horizontal, embankment, and basin ground models are selected for this investigation, with each model being divided into dense and loose ground layers, Accelerometers are installed during the construction of each ground model to capture any seismic wave amplification owing th the propagation of an artificial seismic wave, sine wave sweep, and 10-Hz sine wave through a given ground model. The amplification of the tested seismic waves is analyzed using the observed peak ground acceleration and spectrum acceleration. The observed acceleration amplification in the multi-layer horizontal ground model is significantly higher the seismic waves that propagated across the dense ground-loose ground boundary compared with those that only propagated through the dense ground. Furthermore, the observed acceleration amplification gradually increases in the central part of the multi-layer embankment and basin models for the seismic waves that propagated across the dense ground-loose ground boundary.
Generally, the rubble mound installed on the slope embankment of the open-type wharf is designed based on the impact of wave force, with no consideration for the impact of seismic force. Therefore, in this study, dynamic centrifuge model test results were analyzed to examine the acceleration amplification of embankment reinforced with rubble mound under seismic conditions. The experimental results show that when rubble mounds were installed on the ground surface of the embankment, acceleration response of embankment decreased by approximately 22%, and imbalance in ground settlement decreased significantly from eight to two times. Furthermore, based on the experimental results, one-dimensional site response (1DSR) analyses were conducted. The analysis results indicated that reinforcing the embankment with rubble mound can decrease the peak ground acceleration (PGA) and short period response (below 0.6 seconds) of the ground surface by approximately 28%. However, no significant impact on the long period response (above 0.6 seconds) was observed. Additionally, in ground with lower relative density, a significant decrease in response and wide range of reduced periods were observed. Considering that the reduced short period range corresponds to the critical periods in the design response spectrum, reinforcing the loose ground with rubble mound can effectively decrease the acceleration response of the ground surface.
All contemporary seismic Codes have adopted smooth design acceleration response spectra, which have derived by statistical analysis of many elastic response spectra of natural accelerograms. The above smooth design spectra are characterized by two main branches, an horizontal branch that is 2.5 times higher than the peak ground acceleration, and a declining parabolic branch. According to Eurocode EN/1998, the period range of the horizontal, flat branch is extended from 0.1 s, for rock soils, up to 0.8 s for softer ones. However, from many natural recorded accelerograms of important earthquakes, the real spectral amplification factor appears to be much higher than 2.5 and this means that the spectrum leads to an unsafe seismic design of the structures. This point is an issue open to question and it is the object of the present study. In the present paper, the spectral amplification factor of the smooth design acceleration spectra is re-calculated on the grounds of a known "reliability index" for a desired probability of exceedance. As a pilot scheme, the seismic area of Greece is chosen, as it is the most seismically hazardous area in Europe. The accelerograms of the 82 most important earthquakes, which have occurred in Greece during the last 38 years, are used. The soil categories are taken into account according to EN/1998. The results that have been concluded from these data are compared with the results obtained from other strong earthquakes reported in the World literature.
The objective of the study is to evaluate the feasibility of the dynamic behavior of slope through both 1 g shaking table test and numerical analysis. Accelerometers were installed in the slope model with different types of seismic waves. The numerical analysis (ABAQUS and DEEPSOIL) was used to simulate 1 g shaking table test at infinite boundary. Similar Acceleration-time history, Spectral acceleration (SA) and Spectral acceleration amplification factor (Fa) were obtained, which verified the feasibility of modeling using ABAQUS and DEEPSOIL under the same size. The influence of the size (1, 2, 5, 10 and 20 times larger than that used in the 1 g shaking table test) of the model used in the numerical analysis were extensively investigated. According to the similitude law, ABAQUS was used to analyze the dynamic behavior of large-scale slope model. The 5% Damping Spectral acceleration (SA) and Spectral acceleration amplification factor (Fa) at the same proportional positions were compared. Based on the comparison of numerical analyses and 1 g shaking table tests, it was found that the 1 g shaking table test result can be utilized to predict the dynamic behavior of the real scale slope through numerical analysis.
The recent huge earthquake ground motion records in Japan result in the reconsideration of seismic design forces for nuclear power stations from the view point of seismological research. In addition, the seismic design force should be defined also from the view point of structural engineering. In this paper it is shown that one of the occurrence mechanisms of such large acceleration in recent seismic records (recorded in or near massive structures and not free-field ground motions) is due to the interaction between a massive building and its surrounding soil which induces amplification of local mode in the surface soil. Furthermore on-site investigation after earthquakes in the nuclear power stations reveals some damages of soil around the building (cracks, settlement and sand boiling). The influence of plastic behavior of soil is investigated in the context of interaction between the structure and the surrounding soil. Moreover the amplification property of the surface soil is investigated from the seismic records of the Suruga-gulf earthquake in 2009 and the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake in 2011. Two methods are introduced for the analysis of the non-stationary process of ground motions. It is shown that the non-stationary Fourier spectra can detect the temporal change of frequency contents of ground motions and the displacement profile integrated from its acceleration profile is useful to evaluate the seismic behavior of the building and the surrounding soil.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.36
no.3
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pp.121-128
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2020
In this paper, the ASCE 7 equivalent static approach for seismic design of non-structural elements is critically evaluated based on the measured floor acceleration data, theory of structural dynamics, and linear/nonlinear dynamic analysis of three-dimensional building models. The analysis of this study on the up-to-date database of the instrumented buildings in California clearly reveals that the measured database does not well corroborate the magnitude and the profile of the floor acceleration as proposed by ASCE 7. The basic flaws in the equivalent static approach are illustrated using elementary structural dynamics. Based on the linear and nonlinear dynamic analyses of three-dimensional case study buildings, it is shown that the magnitude and distribution of the PFA (peak floor acceleration) can significantly be affected by the supporting structural characteristics such as fundamental period, higher modes, structural nonlinearity, and torsional irregularity. In general, the equivalent static approach yields more conservative acceleration demand as building period becomes longer, and the PFA distribution in long-period buildings tend to become constant along the building height due to the higher mode effect. Structural nonlinearity was generally shown to reduce floor acceleration because of its period-lengthening effect. Torsional floor amplification as high as 250% was observed in the building model of significant torsional irregularity, indicating the need for inclusion of the torsional amplification to the equivalent static approach when building torsion is severe. All these results lead to the conclusion that, if permitted, dynamic methods which can account for supporting structural characteristics, should be preferred for rational seismic design of non-structural elements.
In this study, the model test of a reservoir was performed through a dynamic analysis method by using the data obtained from seismometers. Besides, we analyzed the behavior of the seismic acceleration amplification by reservoir height. To test the model, the data measured by the seismometers were applied at the foundation of the reservoir as input data, and the results from the analysis were compared with the data measured at the dam crest. The analysis results manifest that the peak values and the trend of the seismic wave obtained from the numerical analysis are in good agreement with the measured data. Also, the acceleration amplification ratio was proportional to the reservoir height and the magnitude of the earthquake. Through this study, the dynamic analysis method, which is based on the cyclic elastoplastic constitutive equation, can be considered as an appropriate technique to analyse the seismic behavior by the application of the data obtained from the seismometers installed in the reservoir. Also, the applicability of the seismometers can be enhanced through this technique in the future.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.6
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pp.279-291
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2013
The seismic damage of non-structural components, such as communication facilities, causes direct economic losses as well as indirect losses which result from social chaos occurring with downtime of communication and financial management network systems. The current Korean seismic code, KBC2009, prescribes the design criteria and requirements of non-structural components based on their elastic response. However, it is difficult for KBC to reflect the dynamic characteristics of structures where non-structural components exist. In this study, both linear and nonlinear time history analyses of structures with various analysis parameters were carried out and floor acceleration spectra obtained from analyses were compared with both ground acceleration spectra used for input records of the analyses and the design floor acceleration spectrum proposed by National Radio Research Agency. Also, this study investigates to find out the influence of structural dynamic characteristics on the floor acceleration spectra. The analysis results show that the acceleration amplification is observed due to the resonance phenomenon and such amplification increases with the increase of building heights and with the decrease of structure's energy dissipation capacities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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