The profound impact of earthquakes on human lives and the built environment emphasizes the substantial human and economic losses result-ing from structural collapses. Many researchers in this field highlight the longstanding societal challenge posed by earthquakes and under-score the imperative to minimize such losses. Over the decades, researchers have dedicated efforts to seismic design, focusing on improv-ing structural performance to mitigate earthquake-induced damages. This has led to the development of various structural analysis methods. In this research, a specific RC frame structure (401 Bldg.) at Kyungpook National University that is designed for educational purposes, serves as a representative case. This research employs SAP 2000 for simulation, aiming to assess the structural performance under seismic condi-tions, focusing on evaluating the structural behavior under different column orientations. This research utilizes RSA (Response Spectrum Analysis) to comprehensively examine parameters of displacement, base shear force, base moment, joint radians, and story drift. Referring to the results from RSA, this research also assesses the structural performance using LTHA (Linear Time History Analysis) by conducting synthetic frequency domain and synthetic time domain analyses based on the seismic wave from the Kobe 1995 earthquake (Abeno). Based on the findings from the discussions, this research is expected to be a valuable reference for structural design within seismic resistance and the seismic reinforcement of existing RC frame structures.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.4
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pp.253-259
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2018
Structure behaviors resulting from an earthquake are experimentally simulated mainly through a shaking table test. As for large-scale structures, however, size effects over a miniature may make it difficult to assess actual behaviors properly. To address this problem, research on the hybrid simulation is being conducted actively. This method is to implement numerical analysis on framework members that affect the general behavior of the structure dominantly through an actual scale experiment and on the rest parts by applying the substructuring technique. However, existing studies on hybrid simulation focus mainly on Slow experimental methods, which are disadvantageous in that it is unable to assess behaviors close to the actual level if material properties change depending on the speed or the influence of inertial force is significant. The present study aims to establish a Real-time hybrid simulation system capable of excitation based on the actual time history and to verify its performance and applicability. The hybrid simulation system built up in this study utilizes the ATS Compensator system, CR integrator, etc. in order to make the target displacement the same with the measured displacement on the basis of MATLAB/Simulink. The target structure was a 2-span bridge and an RC pier to support it was produced as an experimental model in order for the shaking table test and Slow and Real-time hybrid simulations. Behaviors that result from the earthquake of El Centro were examined, and the results were analyzed comparatively. In comparison with the results of the shaking table test, the Real-time hybrid simulation produced more similar maximum displacement and vibration behaviors than the Slow hybrid simulation. Hence, it is thought that the Real-time hybrid simulation proposed in this study can be utilized usefully in seismic capacity assessment of structural systems such as RC pier that are highly non-linear and time-dependent.
In this paper the dynamic behavior of an isolated building subjected to idealized near-fault pulses is investigated. The building is represented with a simple 2-DOF model. Both linear and non-linear behavior of the isolation system is considered. Using dimensional analysis, in conjunction with closed form mathematical idealized pulses, appropriate dimensionless parameters are defined and self-similar curves are plotted on dimensionless graphs, based on which various conclusions are reached. In the linear case, the role of viscous damping is examined in detail and the existence of an optimum value of damping along with its significant variation with the number of half-cycles is shown. In the nonlinear case, where the behavior of the building depends on the amplitude of the excitation, the benefits of dimensional analysis are evident since the influence of the dimensionless 𝚷-terms is easily examined. Special consideration is given to the normalized strength of the non-linear isolation system that appears to play a complex role which greatly affects the response of the 2-DOF. In the last part of the paper, a comparison of the responses to idealized pulses between a linear fixed-base SDOF and the respective isolated 2-DOF with both linear and non-linear damping is conducted and it is shown that, under certain values of the superstructure and isolation system characteristics, the use of an isolation system can amplify both the normalized acceleration and displacement of the superstructure.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.6
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pp.55-64
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2002
For nonlinear analysis of sloshing of fluid in rectangular tanks, a new method using the perturbation approach is presented. The results by presented method show good agreement with results in previous study. The importance of nonlinear sloshing analysis is demonstrated by comparing nonlinear behaviors of sloshing in broad and tall tanks with different site conditions. In general, the results by nonlinear analysis are greater than those by linear analysis. Specially, the nonlinear behavior is significant in softer soil site and broad tank. Therefore, nonlinear behavior analysis has to be considered in the design of large liquid storage tanks.
A new sort of learning algorithm named whole learning algorithm is proposed to simulate the nonlinear and dynamic behavior of RC members for the estimation of structural integrity. A mathematical technique to solve the multi-objective optimization problem is applied for the learning of the feedforward neural network, which is formulated so as to minimize the Euclidean norm of the error vector defined as the difference between the outputs and the target values for all the learning data sets. The change of the outputs is approximated in the first-order with respect to the amount of weight modification of the network. The governing equation for weight modification to make the error vector null is constituted with the consideration of the approximated outputs for all the learning data sets. The solution is neatly determined by means of the Moore-Penrose generalized inverse after summarization of the governing equation into the linear simultaneous equations with a rectangular matrix of coefficients. The learning efficiency of the proposed algorithm from the viewpoint of computational cost is verified in three types of problems to learn the truth table for exclusive or, the stress-strain relationship described by the Ramberg-Osgood model and the nonlinear and dynamic behavior of RC members observed under an earthquake.
The Performance-based Earthquake Engineering (PBEE) concept implies the definition of multiple target performance levels of damage which are expected to be achieved (or not exceeded), when the structure is subjected to earthquake ground motion of specified intensity. These levels are associates to different return period (RP) of earthquakes and structural behaviors quantified with adopted factors or indexes of control. In this work an 8-level PBEE study is carried out, finding different curves for control index or Engineering Demand Parameters (EDP) of levels that assess the structural behavior. The results and the curves for each index of control allow to deduce the structural behavior at an a priori unspecified RP. A general methodology is proposed that takes into account a possible optimization process in the PBEE field. Finally, an application to 8-level seismic performance assessment to structure in a Spanish seismic zone permits deducing that its behavior is deficient for high seismic levels (RP > 475 years). The application of the methodology to a low-to-moderate seismic zone case proves to be a good tool of structural seismic design, applying a more sophisticated although simple PBEE formulation.
The aim of this study is to investigate arrival direction effects of travelling waves on non-linear seismic response of arch dams. It is evident that the seismic waves may reach on the dam site from any direction. Therefore, this study considers the seismic waves arrive to the dam site with different angles, ${\theta}=0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$, $75^{\circ}$, and $90^{\circ}$ for non-linear analysis of arch dam-water-foundation interaction system. The N-S, E-W and vertical component of the Erzincan earthquake, on March 13, 1992, is used as the ground motion. Dam-water-foundation interaction is defined by Lagrangian approach in which a step-by-step integration technique is employed. The stress-strain behavior of the dam concrete is idealized using three-dimensional Drucker-Prager model based on associated flow rule assumption. The program NONSAP is employed in response calculations. The time-history of crest displacements and stresses of the dam are presented. The results obtained from non-linear analyses are compared with that of linear analyses.
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.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.6
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pp.67-80
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2011
This paper presents the results of shaking table tests on a 1:5 scale 10-story R.C. wall-type residential building model. The following conclusions are drawn based on the test results. (1) The model responded linear elastically under the excitations simulating an earthquake with a return period of 50 years, and showed a nonlinear response under the excitations simulating the design earthquake of Korea. (2) The model showed a significant strength drop under the maximum considered earthquake, with a return period of 2400 years. (3) The major portion of the resistance to lateral inertia forces came from the walls used for the elevator and stair case. (4) Finally, the damage and failure modes appear to be due to the flexural behavior of walls and slabs. A significant deterioration of stiffness and an elongation of the fundamental periods were observed under increased earthquake excitations.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.2
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pp.87-96
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1999
To analyze the dynamic behavior of structure, direct integration and mode superposition may be utilized in time domain analysis. As finite number of frequencies can give relatively exact solutions, mode superposition is preferable in analyzing structural behavior. In non-linear analysis, however, mode superposition is seldom used since time-varying element stiffness changes stiffness matrix, and the change of stiffness matrix leads to the change of essential constants - natural frequencies and mode shapes. In spite of these difficulties, there are some attempts to adopt mode superposition because of low cost compared to direct integration, but the result is not satisfactory. In this paper, a method using mode superposition in non-linear analysis is presented by separating local element stiffness from global stiffness matrix with the difference between linear and non-linear restoring forces to the external force vectors included. Moreover, the hysteresis model changing with the relative deformation in each floor makes it possible to analyze non-linear behavior of structure. The proposed algorithm is applied to shear beam model and the maximum displacement is compared with the result using direct integration method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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