The objective of this study is to introduce the urban utility concept that combines urban growth and urban disasters in the aspect of a conceptual theory. While many studies focused on the dollar amount damaged from a disaster, it requires adding not just building damages or human body losses but also the quality of life satisfaction. An issue in measuring the quality of life satisfaction needs to introduce a proper mode quantifying it. This study introduces the urban utility change in measuring the negative impacts of a disaster on urban life, which has been rarely investigated. To identify urban utility, urban flooding that is a cross-sectoral agenda and important to both developed and developing countries was adopted to respond to its increased frequency and damages, encouraging governments to focus on flood control policies. By combining a literature review on urban utility and urban growth, this study defined the urban utility concept as a net benefit of a resident with earnings subtracting housing and commuting costs. The theoretical study also explained that urban utility and its components dynamically change as per urban growth and disasters that even reversely affect urban growth. Because the urban utility can be one of the useful indices to appreciate the relationship between a disaster and urban growth, it is highly expected to apply for similar disaster impacts on urban areas, including COVID-19 and various global warming issues.
This study develops a damage detection method based on neural networks. The performance of the method is numerically and experimentally verified using a three-story shear building model. The framework is mainly composed of two hierarchical stages to identify damage location and extent using artificial neural network (ANN). The normalized damage signature index, that is a normalized ratio of the changes in the natural frequency and mode shape caused by the damage, is used to identify the damage location. The modal parameters extracted from the numerically developed structure for multiple damage scenarios are used to train the ANN. The positive alarm from the first stage of damage detection activates the second stage of ANN to assess the damage extent. The difference in mode shape vectors between the intact and damaged structures is used to determine the extent of the related damage. The entire procedure is verified using laboratory experiments. The damage is artificially modeled by replacing the column element with a narrow section, and a stochastic subspace identification method is used to identify the modal parameters. The results verify that the proposed method can accurately detect the damage location and extent.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.3
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pp.35-42
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2021
An experimental study was carried out to evaluate the shear performance at the interface composed of structural laminates and concrete. The main variables are the number of CLT layers and the shape of the shear connector. The number of CLT layers consisted of 3 and 5 layers. A total of 6 test specimens for shear performance evaluation were prepared in the form of a shear connector, a direct screw type and a vertically embedded type. As a result of the experiment, similar behavior was shown in all specimens, regardless of the number of layers, including direct screw type (SC series) and vertically embedded type (VE series). The behavior at the joint surface was damaged due to the occurrence of initial shear cracks, expansion of shear groove cracks, and splaying at the interface after the maximum load.After the maximum load, the shear strength decreased gradually due to the effect of the shear connector. It can be seen that the shear strength of all specimens is determined by shear and compression stress failure of concrete at the interface of the notch joint.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.121-128
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2021
Piloti-type buildings in Korea are usually composed of lower frames and upper shear wall structures. Piloti-type buildings have been seriously damaged during earthquakes because of the construction of soft and weak stories. Piloti-type buildings with edge cores are two-way unsymmetric planes. This paper analyzed and obtained the dynamic response for structures modeled using a multistory two-way asymmetric system. The numerical results, obtained using the Newmark-β method, show the time-history responses and trends of maximum displacements and shear forces. The purpose of this study is to evaluate the effect of reinforcement on dynamic response when a shear wall or brace is reinforced in the corner opposite the piloti.
Halahla, Abdulsamee M.;Tahnat, Yazan B. Abu;Dwaikat, Monther B.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.3
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pp.231-243
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2022
Beam-column joints (BCJs) are recognized among the most crucial zones in reinforced concrete structures, as they are the critical elements subjected to a complex state of forces during a severe earthquake. Under such conditions, BCJs exhibit behaviors with impacts that extend to the whole structure and significantly influence its ductility and capability of dissipating energy. The focus of this paper is to investigate the effect of undamaged transverse beam (secondary beams) on the ductility of concrete BCJs reinforced with conventional steel and shape memory alloys bars using pushover analysis at tip of beam under different axial load levels at the column using a nonlinear finite element model in ABAQUS environment. A numerical model of a BCJ was constructed and the analysis outcomes were verified by comparing them to those obtained from previous experiments found in the literature. The comparison evidenced the capability of the calibrated model to predict the load capacity response of the joint. Results proved the ability of undamaged secondary beams to provide a noticeable improvement to the ductility of reinforced concrete joints, with a very negligible loss in load capacity. However, the effect of secondary beams can become less significant if the beams are damaged due to seismic effects. In addition, the axial load was found to significantly enhance the performance of BCJs, where the increase in axial load magnified the capacity of the joint. However, higher values of axial load resulted in greater initial stiffness of the BCJ.
The presented paper considers infill masonry walls' influence on the seismic reliability of precast concrete frames. The recent Bojnord earthquake on May 13th, 2017 in Iran (MW 5.4) illustrated that the infill masonry walls play a crucial role in the damage extent and life safety issues of inhabitants in the precast concrete buildings. The incremental dynamic analysis (IDA) approach was used to determine the fragility curves of the represented damaged precast frame. Then, by integrating site hazard and structural fragilities, the seismic reliability of the represented precast frame was evaluated in different damage limit states. Additionally, the static pushover analysis (SPA) approach was used to assess the seismic performance assessment of the precast frame. Bare and infilled frames were modeled as 2D frames employing the OpenSees software platform. The multi-strut macro-model method was employed for infill masonry simulation. Also, a relatively efficient and straightforward nonlinear model was used to simulate the nonlinear behavior of the precast beam-column joint. The outputs show that consideration of the masonry infilled wall effect in all spans of the structural frame leads to a decrease in the possibility of exceedance of specified damage limit states in the structures. In addition, variation of hazard curves for buildings with and without consideration of infilled walls leads to a decrease in the reliability of the building's frames with masonry infilled walls. Furthermore, the lack of infill walls in the first story significantly affects the precast concrete frame's seismic reliability and performance.
Su-Kyeong Geum;Jong-Han Lee;Dohyoung Shin;Jiyoung Min
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.6
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pp.591-600
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2024
This study investigated the acceleration response and shape change characteristics of a gravity quay wall according to the magnitude of the applied acceleration. The quay wall was defined as a port facility damaged by the Kobe earthquake. Four experimental scenarios were established based on the inclination condition grades, considered to be a significant defect factor in the quay wall. Then, the shaking table test was conducted using scaled-down quay wall models constructed per each scenario. The ground acceleration was gradually increased from the peak ground acceleration (PGA) of 0.1 g to 0.7 g. After each ground acceleration test, acceleration installed on the wall and backfill ground and inclination on the top of the wall were measured to assess the amplification of peak response acceleration and maximum response amplitude and the change in the inclination of the quay wall. This study also analyzed the separation of the quay wall from the backfill and the crack pattern of the backfill ground according to PGA values and inclination condition grades. The result of this study shows that response acceleration could provide a reasonable prediction for the changes in the inclination of the quay wall and the crack generation and propagation on the backfill from a current inclination condition grade.
Tarek Sharaf;Sara Ismail;Mohamed Elghandour;Ahmed Turk
Structural Engineering and Mechanics
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v.92
no.2
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pp.207-226
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2024
Recently, the phenomenon of disproportionate structural failure caused by blast load has grown more common in the field of engineering design. Blast-resistant analyses and designs have been developed by many structural techniques and methodologies to forecast the loads produced by a high explosive charge on structures with complicated geometry. These techniques are based on a good understanding of blast phenomena to analyze structures exposed to blast load. This paper provides a current state-of-the-art review of blast prediction and simulation methods to predict the design blast loads that are used to assess the structural response and damage level to an existing or new building. The damage criteria from the general design approach relevant to civil design applications in forecasting blast loads as well as structural system responses will be provided. Identifying the structures' expected damage class would aid in providing extra reinforcing or strengthening for damaged elements to meet the acceptance criteria or minimize damage by a suitable blast mitigation strategy. Based on identifying the damage class expected of a structure subjected to an explosion, blast mitigation strategies could be used to minimize damage and maximize the ability of the structure to function even after the explosion.
Disproportionate collapse triggered by local structural failure may cause huge casualties and economic losses, being one of the most critical civil engineering incidents. It is generally recognized that ensuring robustness of a structure, defined as its insensitivity to local failure, is the most acceptable and effective method to arrest disproportionate collapse. To date, the concept of robustness in its definition and quantification is still an issue of controversy. This paper presents a detailed review on about 50 quantitative measures of robustness for building structures, being classified into structural attribute-based and structural performance-based measures (deterministic and probabilistic). The definition of robustness is first described and distinguished from that of collapse resistance, vulnerability and redundancy. The review shows that deterministic measures predominate in quantifying structural robustness by comparing the structural responses of an intact and damaged structure. The attribute-based measures based on structural topology and stiffness are only applicable to elastic state of simple structural forms while the probabilistic measures receive growing interest by accounting for uncertainties in abnormal events, local failure, structural system and failure-induced consequences, which can be used for decision-making tools. There is still a lack of generalized quantifications of robustness, which should be derived based on the definition and design objectives and on the response of a structure to local damage as well as the associated consequences of collapse. Critical issues and recommendations for future design and research on quantification of robustness are provided from the views of column removal scenarios, types of structures, regularity of structural layouts, collapse modes, numerical methods, multiple hazards, degrees of robustness, partial damage of components, acceptable design criteria.
Kim, Sang Ho;Kim, Byung Sik;Lee, Chang Hee;Chung, Jae Hak
Journal of Korea Water Resources Association
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v.47
no.8
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pp.717-728
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2014
In this study, we developed a depth-damage function based on flood damage survey with focusing on building damage in urban area. We designed items for the questionnaire survey to develop a depth-damage function which estimates the amount of damage based on inundation depth targeting Dongducheon, Korea, which has experienced severe inundation damage due to significant flooding in July 2011. Based on the survey of the area, we developed a depth-damage function and used this to estimate the real amount of damage on buildings in the inundation area. To assess the damage on buildings, we categorized buildings into two groups; namely residential buildings and commercial buildings. Also, in order to calculate the real amount of damage caused by flooding, properties and detailed damaged items were sub-divided into two groups for the survey; facilities loss (wall paper, floor paper, painting, electrical facilities, and boilers) and furnishing loss (furniture, electronic products, and daily necessities. We expect this study on the process for developing depth-damage function and on the investigation research for flooded area to help in the efficient implementation of all kinds of disaster management policies and the attainment of a society safe from disaster.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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