One of the important causes of building and infrastructure failure, such as bridges on pile foundations, is the placement of the piles in liquefiable soil that can become unstable under seismic loads. Therefore, the overarching aim of this study is to investigate the seismic behavior of a soil-pile system in liquefiable soil using three-dimensional numerical FEM analysis, including soil-pile interaction. Effective parameters on concrete pile response, involving the pile diameter, pile length, soil type, and base acceleration, were considered in the framework of finite element non-linear dynamic analysis. The constitutive model of soil was considered as elasto-plastic kinematic-isotropic hardening. First, the finite element model was verified by comparing the variations on the pile response with the measured data from the centrifuge tests, and there was a strong agreement between the numerical and experimental results. Totally 64 non-linear time-history analyses were conducted, and the responses were investigated in terms of the lateral displacement of the pile, the effect of the base acceleration in the pile behavior, the bending moment distribution in the pile body, and the pore pressure. The numerical analysis results demonstrated that the relationship between the pile lateral displacement and the maximum base acceleration is non-linear. Furthermore, increasing the pile diameter results in an increase in the passive pressure of the soil. Also, piles with small and big diameters are subjected to yielding under bending and shear states, respectively. It is concluded that an effective stress-based ground response analysis should be conducted when there is a liquefaction condition in order to determine the maximum bending moment and shear force generated within the pile.
This paper investigates the seismic performance of existing reinforced concrete frames with wide beams mainly designed for gravity loads, as typically found in the seismic-prone Mediterranean area before the introduction of modern codes. The seismic capacity is evaluated in terms of the overall amount of input energy that the frame can dissipate/absorb up to collapse. This approach provides a quantitative evaluation that can be useful for selecting and designing an appropriate retrofit strategy. Six prototype frames representative of past construction practices in the southern part of Spain are designed, and the corresponding non-linear numerical models are developed and calibrated with purposely conducted tests on wide beam-column subassemblages. The models are subjected to sixteen earthquake records until collapse by applying the incremental dynamic analysis method. It is found that the ultimate energy dissipation capacity at the story level is markedly low (about 1.36 times the product of the lateral yield strength and yield displacement of the story), giving values for the maximum amount of energy that the frame can dissipate which are from one fourth to half of that required in moderate-seismicity regions.
Kim, Doo-Kie;Kim, Dong-Hyawn;Chang, Sang-Kil;Chang, Seong-Kyu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.20
no.5
s.72
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pp.1-8
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2006
Offshore structures are subjected to wave, wind, and earthquake loads. The failure of offshore structures can cause sea pollution, as well as losses of property and lives. Therefore, safety of the structure is an important issue. The reduction of the dynamic response of offshore towers, subjected wind generated random ocean waves, is a critical problem with respect to serviceability, fatigue life and safety of the structure. In this paper, a structural control method is proposed to control the vibration of offshore structures by the probabilistic neural network (PNN). The state vectors of the structure and control forces are used for training patterns of the PNN, in which control forces are prepared by linear quadratic regulator (LQR) control algorithm. The proposed algorithm is applied to a fixed offshore structure under random ocean waves. Active control of the fixed offshore structure using the PNN control algorithm shows good results.
In the recent years, rehabilitation of structures, strengthening and increasing the ductility of them under seismic loads have become so vital that many studies has been carried out on the retrofit of steel and concrete members so far. Bridge piers are very important members concerning rehabilitation, in which the plastic hinging zone is very vulnerable. Pier is usually confined by special stirrups predicted in the design procedure; moreover, fiber-reinforced polymers (FRP) jackets are used after construction to confine the pier. FRP wrapping of the piers is one of the most effective ways of increasing moment and ductility capacity of them, which has a growing application due to its relative advantages. In many earthquake-resistant bridges, reinforced concrete columns have a major defect which could be retrofitted in different ways like using FRP. After rehabilitation, it is important to check the strengthening adequacy by dynamic nonlinear analysis and precise modeling of material properties. If the plastic hinge properties are simplified for the strengthened members, as the simplified properties which FEMA 356 proposes for non-strengthened members, static nonlinear analysis could be performed more easily. Current paper involves this matter and it is intended to determine the plastic hinge properties for static nonlinear analysis of the FRP-strengthened circular columns.
Passive tuned mass dampers (TMDs) efficiently suppress vibrations induced by quasi-stationary dynamic inputs, such as winds, sea waves or traffic loads, but may prove of little use against pulse-like excitations, such as near-field (NF) ground motions. The extent of such impairment is however controversial, partly due to the different evaluation criteria adopted within the literature, partly to the limited number of seismic records used in most investigations. In this study, three classical techniques and two new variants for designing a TMD on an SDOF structure are tested under 338 NF records from the PEER NGA database, including 156 records with forward-directivity features. Percentile response reduction spectra are introduced to statistically assess TMD performance, and TMD robustness is verified through Monte Carlo simulations. The methodology is extended to a variety of MDOF bending-type and shear-type frames, and simulated on a case study building structure recently constructed in Central Italy.Results offer an interesting insight into the performance of TMDs against NF earthquakes, ultimately showing that, if properly designed and sufficiently massive, TMDs are effective and robust even in the face of pulse-like ground motions. The two newly proposed design techniques are shown to generally outperform the classical ones.
This study presents conceptual information of newly optimized shapes and connectivity of the so-called outrigger truss system for modern tall buildings that resists lateral loads induced by wind and earthquake forces. In practice, the outrigger truss consists of triangular or Vierendeel types to stiffen tall buildings, and the decision of outrigger design has been qualitatively achieved by only engineers' experience and intuition, including information of structural behaviors, although outrigger shapes and the member's connectivity absolutely affect building stiffness, the input of material, construction ability and so on. Therefore the design of outrigger trusses needs to be measured and determined according to scientific proofs like reliable optimal design tools. In this study, at first the shape and connectivity of an outrigger truss system are visually evaluated by using a conceptual design tool of the classical topology optimization method, and then are quantitatively investigated with respect to a structural safety as stiffness, an economical aspect as material quantity, and construction characteristics as the number of member connection. Numerical applications are studied to verify the effectiveness of the proposed design process to generate a new shape and connectivity of the outrigger for both static and dynamic responses.
Papadopoulos, Panikos K.;Salonikios, Thomas N.;Dimitrakis, Stergios A.;Papadopoulos, Alkis P.
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.4
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pp.487-504
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2013
In the present work a new friction device, with a set of single or double rotational friction flanges and a link element, is described and tested. The mechanism may be applied for the strengthening of existing r/c or steel buildings as well as in new constructed buildings. The device has selectable variable behavior in different levels of displacement and an interlock mechanism that is provided by the link element. The link element may be designed to lock at preselected level of displacement, offering in this way an extra safety reserve against strong earthquakes. A summary of the existing literature about other similar mechanisms is initially presented in this paper. The proposed mechanism is presented and described in details. Laboratory experiments are presented in detail and the resulted response that proves the efficiency of the mechanism at selectable levels of strength capacity is discussed. Drawings of the mechanism attached to a r/c frame with connection details are also included. Finally a dynamic analysis of two r/c frames, with and without the proposed mechanism attached, is performed and the resulted response is given. The main conclusion is that the proposed mechanism is a cheap and efficient devise for the improvement of the performance of new or existing framed buildings to seismic loads.
In recent years, there has been a tendency towards renewable energy sources considering the damages caused by non-renewable energy resources to nature and humans. One of the renewable energy sources is wind and energy is obtained with the help of wind turbines. To determine the behavior of wind turbines under earthquake loads, dynamic characteristics are required. In this study, the differential transformation method is proposed to determine the free vibration analysis of wind turbines with a variable cross-section. The wind turbine is modeled as an equivalent variable continuous flexural beam and blade weight is considered as a point mass at the top of the structures. The differential equation representing the free vibration of the wind turbine is transformed into an algebraic equation with the help of differential transformation method and the angular frequencies and the mode shapes of the wind turbine are obtained by the help of the differential transformation method. In the study, a sample taken from the literature was solved with the presented method and the suitability of the method was investigated. The same wind turbine example also modeled by finite element modelling software, ABAQUS. Results of the finite element model and differential transformation method are compared with each other and the results are in good agreement.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.3
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pp.71-78
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2023
Recently, Free-Form and Irregular Shape high-rise buildings are constructed by IT technology development. Tilted shaped high-rise building which is one of Irregular shape high-rise buildings can cause lateral displacement by gravity load and lateral load due to tilted elevation shape. Therefore, it is necessary to review the behavior and structural aspects of the Tilted shape high-rise building by gravity load. In this paper, the dynamic characteristics of a tilted structure with a dual-core were analyzed with the core location as a design variable, and response behavior, vulnerable members, and vulnerable layers to earthquake loads were analyzed. As a result of the analysis, as the location of the core moved in an tilted direction, the eccentric distance and eccentric load decreased, reducing the axial force of the vertical members. However, the location of the core had little effect on the response.
Iman Hakamian;Kianoosh Taghikhani;Navid Manouchehri;Mohammad Mahdi Memarpour
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.99-112
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2023
This paper investigates the influences of Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic behavior of two-dimensional reinforced concrete moment-resisting frames subjected to Far-Field Ground Motion (FFGM) and Near-Field Ground Motion (NFGM). For this purpose, the nonlinear modeling of 7, 10, and 15-story reinforced concrete moment resisting frames were developed in Open Systems for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) software. Effects of SSI were studied by simulating Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) and the soil type as homogenous medium-dense. Generally, the building resistance to seismic loads can be explained in terms of Incremental Dynamic Analysis (IDA); therefore, IDA curves are presented in this study. For comparison, the fragility evaluation is subjected to NFGM and FFGM as proposed by Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695). The seismic performance of Reinforced Concrete (RC) buildings with fixed and flexible foundations was evaluated to assess the probability of collapse. The results of this paper demonstrate that SSI and NFGM have significantly influenced the probability of failure of the RC frames. In particular, the flexible-base RC buildings experience higher Spectral acceleration (Sa) compared to the fixed-base ones subjected to FFGM and NFGM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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