Masoomeh Naraghi;S. Mohammad Mirhosseini;Hossein Rahami;Abdolreza S. Moghadam
Steel and Composite Structures
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v.53
no.2
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pp.155-167
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2024
Identifying the location of earthquake-induced damage in buildings and mitigating its impact, especially in low-damage systems such as rocking frames, is a significant challenge for structural engineers. Therefore, it is crucial to investigate the sensitivity and type of damage of buildings exposed to severe earthquakes to concentrate damage in predefined locations that can be repaired easily. This paper explores the seismic responses of a Self-Centering Rocking Steel Braced Frame (SCR-SBF) under far-field and near-field ground motions. This earthquake-resistant system includes components such as post-tensioning cables to provide frame self-centering, eliminate residual drift in the system, and replaceable fuses to concentrate the earthquake-induced damage. While previous studies have examined far and near-field earthquakes, their comparative influence on the seismic behavior of structures with a rocking system remains unexplored. This paper presents a novel investigation into the sensitivity of SCR-SBF structures to far and near-field earthquakes. Considering the critical effects of shock and impulse loads on rocking systems, the study aims to assess the effects of near-field earthquakes and compare them to far-field earthquakes on these systems. For this purpose, different response parameters have been calculated under records of far- and near-field earthquakes at three specific ground acceleration levels by incremental nonlinear dynamic analysis. Additionally, the seismic behavior of the SCR-SBF and Steel-Braced Frame (SBF) are compared for near and far-field ground motions. The results show that SCR-SBF systems have better resilience and reduced local failures compared to SBF systems under far and near-field earthquakes, requiring tailored design strategies.
In an actual design, none of the structures with shear behaviors will be designed for torsional moments. Any failure or damages to roofs, infills, shear walls, and braces caused by an earthquake, will inevitably result in relocation of center of mass and rigidity of the structure. With these changes, the dynamic characteristics of structure could be changed during an earthquake at any moment. The main objective of this paper is to obtain the relationship between time-varying eccentricity of load and corner lateral displacement. In this study, various methods have been used to determine the structural response for time-varying lateral corner displacement. As will be seen below, some of the structural calculation methods result in a significant deviation from the actual results, although these methods include the interaction effects of modes. Controlling the lateral displacement of structure can be performed in different ways such as, passive dampers, friction dampers, semi-active systems including the MR damper and active Systems. Selecting and locating these control systems is very important to bring the maximum safety with minimum cost into the structure. According to this study will be show the relation between the corner lateral displacements of structure and time-varying eccentricity by different kind of methods during an earthquake. This study will show that the response of the structure at the corners due to an earthquake can be very destructive and because of changing the eccentricity of load, calculating the maximum possible response of system can be carried out by this method. Finally, some kind of systems must be used for controlling these displacements. The results shows that, the CQC, DSC and exact methods is comply each other but the results of Vanmark method is not comfortable for these kind of buildings.
Salonikios, Thomas N.;Sextos, Anastasios G.;Kappos, Andreas J.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.6
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pp.571-586
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2012
The paper addresses some key issues related to the design of composite slabs with cold-formed profiled steel sheets. An experimental programme is first presented, involving six composite slab specimens tested with a view to evaluating Eurocode 4 (EC4) provisions on testing of composite slabs. In four specimens, the EC4-prescribed 5000 load cycles were applied using different load ranges resulting from alternative interpretations of the reference load $W_t$. Although the rationale of the application of cyclic loading is to induce loss of chemical bond between the concrete plate and the steel sheet, no such loss was noted in the tests for either interpretation of the range of load cycles. Using the recorded response of the specimens the values of factors m and k (related to interface shear transfer in the composite slab) were determined for the specific steel sheet used in the tests, on the basis of three alternative interpretations of the related EC4 provisions. The test results confirmed the need for a more unambiguous description of the m-k test and its interpretation in a future edition of the Code, as well as for an increase in the load amplitude range to be used in the cyclic loading tests, to make sure that the intended loss of bond between the concrete slab and the steel sheet is actually reached. The study also included the development of a special-purpose software that facilitates design of composite slabs; a parametric investigation of the importance of m-k values in slab design is presented in the last part of the paper.
Rocking motion have been used for achieving the 'resilient buildings' against earthquakes in recent studies. Low-rise buildings, unlike the tall ones, because of their small aspect ratio tend to slide rather than move in rocking mode. However, since rocking is more effective in seismic response reduction than sliding, it is desired to create rocking motion in low-rise buildings too. One way for this purpose is making the building's structure rock on its internal bay(s) by reducing the number of bays at the lower part of the building's skeleton, giving it a mushroom form. In this study 'mushroom skeleton' has been used for creating multi-story rocking regular steel buildings with square plan to rock on its one-by-one bay central lowest story. To show if this idea is effective, a set of mushroom buildings have been considered, and their seismic responses have been compared with those of their conventional counterparts, designed based on a conventional code. Also, a set of similar buildings with skeleton stronger than code requirement, to have immediate occupancy (IO) performance level, have been considered for comparison. Seismic responses, obtained by nonlinear time history analyses, using scaled three-dimensional accelerograms of selected earthquakes, show that by using appropriate 'mushroom skeleton' the seismic performance of buildings is upgraded to mostly IO level, while all of the conventional buildings experience collapse prevention (CP) level or beyond. The strong-skeleton buildings mostly present IO performance level as well, however, their base shear and absolute acceleration responses are much higher than the mushroom buildings.
Manolis, G.D.;Makra, Konstantia;Dineva, Petia S.;Rangelov, Tsviatko V.
Earthquakes and Structures
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v.5
no.2
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pp.161-205
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2013
We study seismically induced, anti-plane strain wave motion in a non-homogeneous geological region containing tunnels. Two different scenarios are considered: (a) The first models two tunnels in a finite geological region embedded within a laterally inhomogeneous, layered geological profile containing a seismic source. For this case, labelled as the first boundary-value problem (BVP 1), an efficient hybrid technique comprising the finite difference method (FDM) and the boundary element method (BEM) is developed and applied. Since the later method is based on the frequency-dependent fundamental solution of elastodynamics, the hybrid technique is defined in the frequency domain. Then, an inverse fast Fourier transformation (FFT) is used to recover time histories; (b) The second models a finite region with two tunnels, is embedded in a homogeneous half-plane, and is subjected to incident, time-harmonic SH-waves. This case, labelled as the second boundary-value problem (BVP 2), considers complex soil properties such as anisotropy, continuous inhomogeneity and poroelasticity. The computational approach is now the BEM alone, since solution of the surrounding half plane by the FDM is unnecessary. In sum, the hybrid FDM-BEM technique is able to quantify dependence of the signals that develop at the free surface to the following key parameters: seismic source properties and heterogeneous structure of the wave path (the FDM component) and near-surface geological deposits containing discontinuities in the form of tunnels (the BEM component). Finally, the hybrid technique is used for evaluating the seismic wave field that develops within a key geological cross-section of the Metro construction project in Thessaloniki, Greece, which includes the important Roman-era historical monument of Rotunda dating from the 3rd century A.D.
Kim, Hyoung-Soo;Baik, Keon-Ha;Kim, Jung-Yul;Kim, Yoo-Sung;Sohn, Ho-Woong
Journal of the Korean Geophysical Society
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v.5
no.3
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pp.175-198
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2002
The techniques using geophysical methods were adopted to obtain quantitative criteria for assessment of grouting effectiveness. Various surface and borehole geophysical surveys including seismic, GPR(ground penetrating radar), resistivity and electromagnetic methods were conducted in fractured rock pilot site before and after grouting execution. However, it is not enough that geophysical data provide criteria for field engineers to confirm the grouting effectiveness in that site even though there is somewhat difference before and after grouting. This study will be continued for the detailed criteria and assessment of grouting effectiveness in other sites.
Discrimination between natural earthquakes and man-made explosions is very essential but critical matter in Seismology. In the CTBT Monitoring business, this is very crucial issue and sometimes could occur the international conflict. In this study, we analyzed seismic and infrasound data from Chulwon Seismo-Acoustic Array and would like to introduce routine data processing procedures at the Korea Institute of Geology, Mining and Materials(KIGAM) to discriminate the earthquakes and artificial explosions. We found analyzing acoustic data together with seismic data is very effective way to identify and discriminate man made explosion from natural earthquake. Recent earthquakes in and around the Korean Peninsula are concentrated in a narrow zone with N60-70$^{\circ}$W in southern Korea, and Pyungan and Hwanghae Province in northern Korea. The mechanism of 14 larger earthquakes in and around the Korean Peninsula since 1936 show predominant strike-slip faulting together with minor thrust component. This indicates horizontal compression is dominant in and around the Korean Peninsula.
Rhee, Hyun-Me;Kim, Min Kyu;Sheen, Dong-Hoon;Choi, In-Kil
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.2
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pp.71-77
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2013
The uniform hazard spectra for seven major cities in Korea, Seoul, Daejeon, Daegu, Busan, Gwangju, Ulsan, and Inchon are suggested. Probabilistic seismic hazard analyses were performed using the attenuation equations derived from seismology research in Korea since 2000 and the seismotectonic models selected by expert assessment. For the estimation of the uniform hazard spectra, the seismic hazard curves for several frequencies and PGAs were calculated by using the spectral attenuation equations. The seismic hazards (annual exceedance probability) calculated for the 7 metropolises ranged from about $1.4305{\times}0^{-4}/yr$ to $1.7523{\times}10^{-4}/yr$ and averaged out at about $1.5902{\times}10^{-4}/yr$ with a log standard deviation of about 0.085 at 0.2 g. The uniform hazard spectra with recurrence intervals of 500, 1000, and 2500 years estimated by using the calculated mean seismic hazard on the frequencies presented peak values at 10.0 Hz, and the log standard deviations of the difference between metropolises ranged from about 0.013 to 0.209. In view of the insignificant difference between the estimated uniform hazard spectra obtained for the considered metropolises, the mean uniform hazard spectrum was estimated. This mean uniform hazard spectrum is expected to be used as input seismic response spectrum for rock sites in Korea.
Ahmad, Qazi Adnan;Wu, Guochen;Zong, Zhaoyun;Wu, Jianlu;Ehsan, Muhammad Irfan;Du, Zeyuan
Geomechanics and Engineering
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v.23
no.4
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pp.327-338
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2020
The role of precise prediction of subsurface fluids and discrimination among them cannot be ignored in reservoir characterization and petroleum prospecting. A suitable rock physics model should be build for the extraction of valuable information form seismic data. The main intent of current work is to present a rock physics model to analyze the characteristics of seismic wave propagating through a cracked porous rock saturated by a three phase fluid. Furthermore, the influence on wave characteristics due to variation in saturation of water, oil and gas were also analyzed for oil and water as wet cases. With this approach the objective to explore wave attenuation and dispersion due to wave induce fluid flow (WIFF) at seismic and sub-seismic frequencies can be precisely achieved. We accomplished our proposed approach by using BISQ equations and by applying appropriate boundary conditions to incorporate heterogeneity due to saturation of three immiscible fluids forming a layered system. To authenticate the proposed methodology, we compared our results with White's mesoscopic theory and with the results obtained by using Biot's poroelastic relations. The outcomes reveals that, at low frequencies seismic wave characteristics are in good agreement with White's mesoscopic theory, however a slight increase in attenuation at seismic frequencies is because of the squirt flow. Moreover, our work crop up as a practical tool for the development of rock physical theories with the intention to identify and estimate properties of different fluids from seismic data.
In recent years, microtremor array observations have been used for estimation of shear-wave velocity structures. One of the methods is the conventional spatial autocorrelation (SPAC) method, which requires simultaneous recording at least with three or four sensors. Modified SPAC methods such as 2sSPAC, and linear array methods, allow estimating shear-wave structures by using only two sensors, but suffer from instability of the spatial autocorrelation coefficient for frequency ranges higher than 1.0 Hz. Based on microtremor measurements from four different size triangular arrays and four same-size triangular and linear arrays, we have demonstrated the stability of SPAC coefficient for the frequency range from 2 to 4 or 5 Hz. The phase velocities, obtained by fitting the SPAC coefficients to the Bessel function, are also consistent up to the frequency 5 Hz. All data were processed by the SPAC method, with the exception of the spatial averaging for the linear array cases. The arrays were deployed sequentially at different times, near a site having existing Parallel Seismic (PS) borehole logging data. We also used the imaginary part of the SPAC coefficients as a data-quality indicator. Based on perturbations of the autocorrelation spectrum (and in some cases on visual examination of the record waveforms) we divided data into so-called 'reliable' and 'unreliable' categories. We then calculated the imaginary part of the SPAC spectrum for 'reliable', 'unreliable', and complete (i.e. 'reliable' and 'unreliable' datasets combined) datasets for each array, and compared the results. In the case of insufficient azimuthal distribution of the stations (the linear array) the imaginary curve shows some instability and can therefore be regarded as an indicator of insufficient spatial averaging. However, in the case of low coherency of the wavefield the imaginary curve does not show any significant instability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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