In this paper, the effects of mass eccentricity of superstructure as well as stiffness eccentricity of isolators on the amplification of seismic responses of base-isolated structures are investigated by using mathematical near-fault pulse models. Superstructures with 3, 6 and 9 stories and aspect ratios equal to 1, 2 and 3 are mounted on a reasonable variety of Triple Concave Friction Pendulum (TCFP) bearings considering different period and damping ratio. Three-dimensional linear superstructure mounted on nonlinear isolators are subjected to simplified pulses including fling step and forward directivity while various pulse period ($T_p$) and Peak Ground Velocity (PGV) amounts as two crucial parameters of these pulses are scrutinized. Maximum isolator displacement and base shear as well as peak superstructure acceleration and drift are selected as the main engineering demand parameters. The results indicate that the torsional intensification of different demand parameters caused by superstructure mass eccentricity is more significant than isolator stiffness eccentricity. The torsion due to mass eccentricity has intensified the base shear of asymmetric 6-story model 2.55 times comparing to symmetric one. In similar circumstances, the isolator displacement and roof acceleration are increased 49 and 116 percent respectively in the presence of mass eccentricity. Furthermore, it is demonstrated that torsional effects of mass eccentricity can force the drift to reach the allowable limit of ASCE 7 standard in the presence of forward directivity pulses.
Kim, Dong Kwan;Kim, Ho Soo;Min, Ji Hee;Park, Jin Young
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.4
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pp.165-170
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2024
This study investigated the impact of soil-structure interaction on multi-degree-of-freedom structures using the shallow-foundation Winkler model, known as the BNWF model. The model's period was determined through eigenvalue analysis and compared to results obtained from FEMA's formula. Results indicated that considering the soil, the structure's period increased by up to 8.7% compared to the fixed-base model, aligning with FEMA's calculations. Furthermore, with adequate ground acceleration, roof displacement increased by 3.4% to 3.8%, while base shear decreased by 4% to 10%. However, roof displacement and base shear increased in some earthquake scenarios due to spectral shape effects in regions with extended structural periods. Foundation damping effects, determined through the foundation's moment-rotation history, grew with higher ground acceleration. This suggests that accounting for period elongation and foundation damping can enhance the seismic design of multi-degree-of-freedom structures.
TECSolverApp is an application that calculates the total equivalent seismic load (base shear) and shows the design spectra in accordance with the Turkish Earthquake Code (TEC). TECSolverApp software can present the spectral acceleration-period graph and the base shear (in terms of unit building weight) in MATLAB and .NET Core frameworks according to TEC 2007 and TEC 2018. In the software, three different building period evaluation options were provided, as entering the period directly, empirical calculation, and using the period calculation formula. In different period calculation scenarios, particular design input parameters such as site-specific spectral acceleration coefficients, local soil class, building importance coefficient, and structural system behavior coefficient are expected. TECSolverApp was produced in two different programming languages and published in MATLAB App Designer and ASP.NET Core MVC environments. To be shared in MATLAB App Designer, it was aimed at availability through the program and distributability as a desktop application. By deploying in ASP.NET Core MVC, open-source cross-platform coding and web-based accessibility were targeted. One of the strongest aspects of TECSolverApp is its developability thanks to software architecture. In this respect, it can be foreseen that other international seismic codes can be added to the calculations in the future.
Base isolation, having quite simple contents, aims to protect the buildings from earthquake-induced damages by installing structural components having low horizontal stiffness between substructure and superstructure. In this study, an appropriate base isolation system for 2-D reinforced concrete frame is investigated. For different structural heights, the structural systems of 2, 3 and 4 bays are modeled by applying base isolation systems and results are compared with conventional structural systems. 1999 Marmara earthquake data is used for applying the model by time history method in SAP2000 package. Results of various parameters such as base shear force, structure drift ratio, structure period and superstructure acceleration are discussed for all models.
Chung, Woo Jung;Yun, Chung Bang;Kim, Nam Sik;Seo, Ju Won
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.3
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pp.51-60
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1998
Base isolation is an innovative design strategy that provides a practical alternative for the seismic design of structures. Base isolators, mainly employed to isolate large structures subjected to earthquake ground excitations and to rehabilitate structures damaged by past earthquakes, deflect and absorb the seismic energy horizontally transmitted to the structures. This study demonstrated that the base isolation system may offer effective performance for bridges during severe seismic events through shaking table tests. Two base isolation systems using laminated rubber bearings with and without hydraulic dampers are tested. The test results strongly show that the laminate rubber bearings cause the natural period of the bridge structure increased considerably, which results in the deck acceleration and the shear forces on the deck acceleratino and the shear forces on the piers reduced significantly. The results also demonstrate that the hydraulic dampers enhance the system's capacity in dissipating energy to reduce the relative displacement between the bridge deck and the pier.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.437-444
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2006
Recently, as large structures become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, a base isolation system using Magneto-Sensitive(MS) rubbers is proposed and shown to effectively protect structures against earthquakes. The MS Rubber is a class of smart controllable materials whose mechanical properties change instantly by the application of a magnetic field To demonstrate the advantages of this approach, the MS Rubber isolation system is compared to Lead-Rubber Bearing(LRB) isolation systems and judged based on computed responses to several historical earthquakes. The MS Rubber isolation system is shown to achieve notable decreases in base drifts over comparable passive systems with no accompanying increase in base shears or in accelerations imparted to the superstructure.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.331-338
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2001
Seismic performances of the base isolated model of Five Story Stone Pagoda were studied through shaking table tests. Friction pendulum system (FPS), Pure-friction system with laminated rubber bearing (LRB) and Ball with rubber bearing were selected fur the comparison of performances. Performances of specially designed isolation systems were tested dynamically using shaking table. The test results of isolated model are compared with those of fixed base model. Compared with fixed base model, the isolated model showed that it could withstand much higer intensity of earthquake motion. The Effective Peak Ground Acceleration (EPGA) value of isolated model when the top component tipped over was above twice of that value in case of fixed base model. According to the additional test results, the lower value of coefficient of friction than that of common frictional base isolation systems is more effective to protect the piled multi-block system of Pagoda against moderate intesity of ground motion.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.247-251
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2001
Nowadays, base isolation systems such as lead-rubber bearing, elastomer bearing and sliding bearing have been installed to the various structures to prevent the disaster from seismic. The performance of base isolation system have been well proved by model-scale experiments and numerical analysis. However. the seismic response data measured at real large base-isolated structures is still insufficient. This paper presents a seismic monitoring system, acquiring real-time acceleration signals up to 32 channels, displaying time history and spectrum of the signals, storing the acquired data at a PC hard disk, and replaying the saved data. Moreover, the system can be operated without any limitation for monitoring period by automatic management of stored data file. The developed system has been installed at a real base-isolated building using lead-rubber bearings and we expect its seismic response data with ground motion signal can be well licquired in case of earthquake occurrence.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.236-243
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1999
A comparative study on aseismatic performances of various base isolation systems for the multi-span continuous bridge is carried out. Several leading base isolation systems the LRB system the RF system the R-FBI system and the EDF system are considered, The displacement of the deck the deformation of the upper ends of the piers the shear force and the bending moment of the lower ends of the piers are obtained by using the accelerograms of the N00W component of El Centro earthquake(1940) and the N90W component of Mexico City earthquake(1985) Nonlinear time-history analysis is carried out. comparisons of the results with the conventional bearing show that the base isolation systems are very effective in reducing the forces transmitted to the superstructures. Furthermore the results also show that the friction-type base isolation systems are less sensitive to unexpected variations in frequency content of the ground acceleration. The R-FBI system shows a good aseismatic performance comparing with other base isolation systems.
In order to investigate the application of 3D base-seismic isolation system in nuclear power plants (NPPs), comprehensive analysis of constitution and design theory for 3-dimensional combined isolation bearing (3D-CIB) was presented and derived. Four different vertical stiffness of 3D-CIB was designed to isolate the nuclear island (NI) building. This paper aimed at investigating the isolation effectiveness of 3D-CIB through modal analysis and dynamic time-history analysis. Numerical results in terms of dynamic response of 3D-CIB, relative displacement response, acceleration and floor response spectra (FRS) of the superstructure were compared to validate the reliability of 3D-CIB in mitigating seismic response. The results showed that 3D-CIB can significantly attenuate the horizontal acceleration response, and a fair amount of the vertical acceleration response reduction of the upper structure was still observed. 3D-CIB plays a significant role in reducing the horizontal and vertical FRS, the vertical FRS basically do not vary with the floor height. The smaller the vertical stiffness of 3D-CIB is, the better the vertical isolation effectiveness is, whereas, it will increase the displacement and the rocking effect of superstructure. Although the advantage of 3D-CIB is that the vertical stiffness can be flexibly adjusted, it should be designed by properly accounting for the balance between the isolation effectiveness and displacement control including rocking effect. The results of this study can provide the technical basis and guidance for the application of 3D-CIB to engineering structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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