Structural health monitoring (SHM) has been related to damage identification with either operational loads or other environmental loading playing a significant complimentary role in terms of structural safety. In this study, a non-parametric method of time frequency analysis on the measurement is used to address the time-frequency representation for modal parameter estimation and system damage identification of structure. The method employs the wavelet decomposition of dynamic data by using the modified complex Morlet wavelet with variable central frequency (MCMW+VCF). Through detail discussion on the selection of model parameter in wavelet analysis, the method is applied to study the dynamic response of both steel structure and reinforced concrete frame under white noise excitation as well as earthquake excitation from shaking table test. Application of the method to building earthquake response measurement is also examined. It is shown that by using the spectrogram generated from MCMW+VCF method, with suitable selected model parameter, one can clearly identify the time-varying modal frequency of the reinforced concrete structure under earthquake excitation. Discussions on the advantages and disadvantages of the method through field experiments are also presented.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.39
no.6
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pp.811-819
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2019
Since the Gyeongju earthquake in 2016 and the Pohang earthquake in 2017, the performance of various dynamic tests for seismic design has increased in Korea. However, sinusoidal load has been continuously used in the conventional laboratory tests to evaluate liquefaction potential and determine input-parameters in the numerical analysis. However, recent research results suggest that it is difficult to accurately simulate excess pore water changes of the ground under earthquake loads. In order to solve this problem, this study proposes a combined sinusoidal loading and examines its applicability to the cyclic shear and triaxial test. Also, its validity is examined through performing of shaking-table test and numerical analysis based on the effective stress model. As a result, it was found that the proposed combined sinusoidal loading can more accurately simulate the change of excess pore water pressure in saturated soils under real earthquake load than the sinusoidal load.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.93-101
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2024
Code-compliant seismic design should be essentially applied to realize the so-called emulative performance of precast concrete (PC) lateral force-resisting systems, and this study developed simple procedures to design precast industrial buildings with intermediate precast bearing wall systems considering both the effect of seismic and blast loads. Seismic design provisions specified in ACI 318 and ASCE 7 can be directly adopted, for which the so-called 1.5Sy condition is addressed in PC wall-to-wall and wall-to-base connections. Various coupling options were considered and addressed in the seismic design of wall-to-wall connections for the longitudinal and transverse design directions to secure optimized performance and better economic feasibility. On the other hand, two possible methods were adopted in blast analysis: 1) Equivalent static analysis (ESA) based on the simplified graphic method and 2) Incremental dynamic time-history analysis (IDTHA). The ESA is physically austere to use in practice for a typical industrial PC-bearing wall system. Still, it showed an overestimating trend in terms of the lateral deformation. The coupling action between precast wall segments appears to be inevitably required due to substantially large blast loads compared to seismic loads with increasing blast risk levels. Even with the coupled-precast shear walls, the design outcome obtained from the ESA method might not be entirely satisfactory to the drift criteria presented by the ASCE Blast Design Manual. This drawback can be overcome by addressing the IDTHA method, where all the design criteria were fully satisfied with precast shear walls' non-coupling and group-coupling strength, where each individual or grouped shear fence was designed to possess 1.5Sy for the seismic design.
To date the engineering community has seen facade systems as non-structural elements with high aesthetic value and a barrier between the outdoor and indoor environments. The role of facades in energy use in a building has also been recognized and the industry is also witnessing the emergence of many energy efficient facade systems. This paper will focus on using exterior skin of the double skin facade system as a dissipative movable element during earthquake excitation. The main aim of this study is to investigate the potential of the facade system to act as a damper system to reduce earthquake-induced vibration of the primary structure. Unlike traditional mass dampers, which are usually placed at the top level of structures, the movable/smart double skin facade systems are distributed throughout the entire height of building structures. The outer skin is moveable and can act as a multi tuned mass dampers (MTMDs) that move and dissipate energy during strong earthquake motions. In this paper, using a three dimensional 10-storey building structure as the example, it is shown that with optimal choice of materials for stiffness and damping of brackets connecting the two skins, a substantial portion of earthquake induced vibration energy can be dissipated which leads to avoiding expensive ductile seismic designs. It is shown that the engineering demand parameters (EDPs) for a low-rise building structures subjected to moderate to severe earthquakes can be substantially reduced by introduction of a smart designed double skin system.
Hejazi, Farzad;Shoaei, Mohammad Dalili;Jaafar, Mohd Saleh;Rashid, Raizal Saiful Bin Muhammad
Earthquakes and Structures
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v.8
no.6
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pp.1499-1528
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2015
The yielding mechanisms of reinforced concrete (RC) structures are the main cause of the collapse of RC buildings during earthquake excitation. Nowadays, the application of earthquake energy dissipation devices, such as viscous dampers (VDs), is being widely considered to protect RC structures which are designed to withstand severe seismic loads. However, the effect of VDs on the formation of plastic hinges and the yielding criteria of RC members has not been investigated extensively, due to the lack of an analytical model and a numerical means to evaluate the seismic response of structures. Therefore, this paper offers a comprehensive investigation of how damper devices influence the yielding mechanisms of RC buildings subjected to seismic excitation. For this purpose, adapting the Newmark method, a finite element algorithm was developed for the nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete buildings equipped with VDs that are subjected to earthquake. A special finite element computer program was codified based on the developed algorithm. Finally, a parametric study was conducted for a three-story RC building equipped with supplementary VD devices, performing a nonlinear analysis in order to evaluate its effect on seismic damage and on the response of the structure. The results of this study showed that implementing VDs substantially changes the mechanism and formation of plastic hinges in RC buildings.
A comprehensive study was conducted to design economical foundations for a number of buildings on soft cohesive soil in the southern coastal regions of Iran. Both static and seismic loads were considered in the design process. Cyclic experiments indicated that the cohesive soil of the area has potential for softening. Consequently, the major challenge in the design stages was relatively high dimensions of settlement, under both static and seismic loadings. Routine soil-improvement methods were too costly for the vast area of the project. After detailed numerical modeling of different scenarios, we concluded that, in following a performance-based design approach and applying a special time schedule of construction, most of the settlement would dissipate during the construction of the buildings. Making the foundation as rigid as possible was another way to prevent any probable differential settlement. Stiff subgrade of stone and lime mortar under the grid foundation and a reinforced concrete slab on the foundation were considered as appropriate to this effect. In favor of an economical design, in case the design earthquake strikes the site, the estimations indicate no collapse of the buildings even if considerable uniform settlements may occur. This is a considerable alternative design to costly soil-improvement methods.
The academic research works about liquid storage tanks are reviewed for the purpose of providing valuable reference to the engineering practice on their aseismic design. A summary of the performance of tanks during past earthquakes is described in this paper. Next, the seismic response of tanks under unidirectional earthquake is reported, supplemented with the dynamic response under multidirectional motions. Then, researches on the influence of soil-structure interaction are brought out to help modify the seismic design approach of tanks in different areas with variable properties of soils. Afterwards, base isolation systems are reported to demonstrate their effectiveness for the earthquake-resistant design of liquid storage tanks. Further, researches about the liquid-structure interaction are reviewed with description of simplified models and numerical analytical methods, some of which consider the elastic effect of tank walls. Moreover, the liquid sloshing phenomenon on the hydrodynamic behaviors of tanks is presented by various algorithms including grid-based and meshfree method. And then the impact of baffles in changing the dynamic characteristics of the liquid-structure system is raised, which shows the energy dissipation by the vortex motion of liquid. In addition, uplifting effect is given to enhance the understanding on the capacity of unanchored tanks and some assessment of their development. At last, the concluding remarks and the aspects of extended research in the field of liquid storage tanks under seismic loads are provided, emphasizing the thermal stress analysis, the replaceable system for base isolation, the liquid-solid interaction and dynamic responses with stochastic excitations.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.5
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pp.255-264
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2017
Dynamic numerical simulation of pile-supported slab track system embedded in a soft soil and embankment was performed. 3D model was formulated in a time domain to consider the non-linearity of soil by utilizing FLAC 3D, which is a finite difference method program. Soil non-linearity was simulated by adopting the hysteric damping model and liner elements, which could consider soil-pile interface. The long period seismic loads, Hachinohe type strong motions, were applied for estimating seismic respose of the system, Parametric study was carried out by changing subsoil layer profile, embankment height and seismic loading conditions. The most of horizontal permanent displacement was initiated by slope failure. Increase of the embedded height and thickness of the soft soil layer leads increase of member forces of PHC piles; bending moment, and axial force. Finally, basic guidelines for designing pile-supported slab track system under seismic loading are recommended based on the analysis results.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.43-54
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2019
Existing reinforced concrete frame buildings designed for only gravity loads have been seismically vulnerable due to their inadequate column detailing. The seismic vulnerabilities can be mitigated by the application of a column retrofit technique, which combines high-strength near surface mounted bars with a fiber reinforced polymer wrapping system. This study presents the full-scale shaker testing of a non-ductile frame structure retrofitted using the combined retrofit system. The full-scale dynamic testing was performed to measure realistic dynamic responses and to investigate the effectiveness of the retrofit system through the comparison of the measured responses between as-built and retrofitted test frames. Experimental results demonstrated that the retrofit system reduced the dynamic responses without any significant damage on the columns because it improved flexural, shear and lap-splice resisting capacities. In addition, the retrofit system contributed to changing a damage mechanism from a soft-story mechanism (column-sidesway mechanism) to a mixed-damage mechanism, which was commonly found in reinforced concrete buildings with strong-column weak-beam system.
Bingöl, a city in eastern Türkiye, is located at a very close distance to the Karlıova Region which is a junction point of the North Anatolian Fault Zone and Eastern Anatolian Fault Zone. By bilateral step over of North Anatolian Fault Zone and Eastern Anatolian Fault Zone each other there occurred NorthWest-SouthEast extended right-lateral and NorthEast-SouthWest extended left-lateral fault zones. In this paper, a typical school building located in Bingöl Çeltiksuyu was selected as the case study. Information on the school building and Bingöl Earthquake (2003) have been given in the paper. This study aimed to determine the fragility curves of the school building according to HAZUS 2022, Turkish Seismic Codes 1998, 2007 and 2018. These codes have been introduced in terms of damage limits. Incremental dynamic analysis is a parametric analysis method that has recently emerged in several different forms to estimate more thoroughly structural performance under seismic loads. Fragility analysis is commonly using to estimate the damage probability of buildings. Incremental Dynamic Analysis have performed, and 1295 Incremental Dynamic Analysis output was evaluated to obtain fragility curves. 20 different ground motion records have been selected with magnitudes between 5.6M and 7.6M. Scaling factors of these ground motions were selected between 0.1g and 2g. Comparison has been made between HAZUS 2022 and Turkish Seismic Codes 1998, 2007 and 2018 in terms of damage states and how they affected fragility curves. TSC 1998 has more conservative strictions along with TSC 2018 than TSC2007 and HAZUS moderate and extensive damage limits.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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