Fatahi, Behzad;Tabatabaiefar, S. Hamid Reza;Samali, Bijan
Geomechanics and Engineering
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v.6
no.3
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pp.293-320
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2014
In this study, in order to evaluate adequacy of considering local site effect, excluding soil-structure interaction (SSI) effects in inelastic dynamic analysis and design of mid-rise moment resisting building frames, three structural models including 5, 10, and 15 storey buildings are simulated in conjunction with two soil types with the shear wave velocities less than 600 m/s, representing soil classes $D_e$ and $E_e$ according to the classification of AS1170.4-2007 (Earthquake actions in Australia) having 30 m bedrock depth. Structural sections of the selected frames were designed according to AS3600:2009 (Australian Standard for Concrete Structures) after undertaking inelastic dynamic analysis under the influence of four different earthquake ground motions. Then the above mentioned frames were analysed under three different boundary conditions: (i) fixed base under direct influence of earthquake records; (ii) fixed base considering local site effect modifying the earthquake record only; and (iii) flexible-base (considering full soil-structure interaction). The results of the analyses in terms of base shears and structural drifts for the above mentioned boundary conditions are compared and discussed. It is concluded that the conventional inelastic design procedure by only including the local site effect excluding SSI cannot adequately guarantee the structural safety for mid-rise moment resisting buildings higher than 5 storeys resting on soft soil deposits.
Previous major earthquakes revealed that most damage of the buried segmented pipelines occurs at the joints of the pipelines. It has been proven that the differential motions between the pipe segments are one of the primary reasons that results in the damage (Zerva et al. 1986, O'Roueke and Liu 1999). This paper studies the combined influences of ground motion spatial variations and local soil conditions on the seismic responses of buried segmented pipelines. The heterogeneous soil deposits surrounding the pipelines are assumed resting on an elastic half-space (base rock). The spatially varying base rock motions are modelled by the filtered Tajimi-Kanai power spectral density function and an empirical coherency loss function. Local site amplification effect is derived based on the one-dimensional wave propagation theory by assuming the base rock motions consist of out-of-plane SH wave or combined in-plane P and SV waves propagating into the site with an assumed incident angle. The differential axial and lateral displacements between the pipeline segments are stochastically formulated in the frequency domain. The influences of ground motion spatial variations, local soil conditions, wave incident angle and stiffness of the joint are investigated in detail. Numerical results show that ground motion spatial variations and local soil conditions can significantly influence the differential displacements between the pipeline segments.
In this study, the effect of local site conditions (site class and site amplifications) and structural variability are investigated on fragility functions of typical building structures. The study area is chosen as Eastern Turkey. The fragility functions are developed using site-specific uniform hazard spectrum (UHS). The site-specific UHS is obtained based on simulated ground motions. The implementation of ground motion simulation into seismic hazard assessment has the advantage of investigating detailed local site effects. The typical residential buildings in Erzincan are represented by equivalent single degree of freedom systems (ESDOFs). Predictive equations are accomplished for structural seismic demands of ESDOFs to derive fragility functions in a straightforward manner. To study the sensitivity of fragility curves to site class, two sites on soft and stiff soil are taken into account. Two alternative site amplification functions known as generic and theoretical site amplifications are examined for these two sites. The reinforced concrete frames located on soft soil display larger fragilities than those on stiff soil. Theoretical site amplification mostly leads to larger fragilities than generic site amplification more evidently for reinforced concrete buildings. Additionally, structural variability of ESDOFs is generally observed to increase the fragility especially for rigid structural models.
This paper studied the probability of pounding occurred between decks and abutments of a long span high-pier continuous rigid fame bridge subjected to ground motions with local soil effect. A pounding probability analysis methodology has been proposed using peak acceleration at bedrock as intensity measure (IM) for multi-support seismic analysis. The bridge nonlinear finite element (FE) models was built with four different separation distances. Effect of actual site condition and non-uniform spatial soil profiles on seismic wave propagating from bedrock to ground surface is modelled. Pounding probability of the high-pier bridge under multi-support seismic excitations (MSSE) is analyzed based on the nonlinear incremental dynamic analysis (n-IDA). Pounding probability results under uniform excitations (UE) without actual local site effect are compared with that under MSSE with site effect. The study indicates that the required design separation length between deck and abutment under uniform excitations is larger than that under MSSE as the peak acceleration at bedrock increases. As the increase of both separation distance between deck and abutment and the peak acceleration, the probability of pounding occurred at a single abutment or at two abutments simultaneously under MSSE is less than that under UE. It is of great significance considering actual local site effect for determining the separation distance between deck and abutment through the probability pounding analysis of the high-pier bridge under MSSE.
In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated for variable local soil cases and wave velocities. Quincy Bay-view cable-stayed bridge built on the Mississippi River in Illinois, USA selected as a numerical example. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. The spatial variability of the ground motion is considered with the coherency function, which is represented by the components of incoherence, wave-passage and site-response effects. The incoherence effect is investigated by considering Harichandran and Vanmarcke model, the site-response effect is outlined by using hard, medium and soft soil types, and the wave-passage effect is taken into account by using 1000, 600 and 200 m/s wave velocities for the hard, medium and soft soils, respectively. Mean of maximum response values obtained from the analyses are compared with those of the specific cases of the ground motion model. It is concluded that the obtained results from the bridge model increase as the differences between local soil conditions cases of the bridge supports change from firm to soft. Moreover, the variation of the wave velocity has important effects on the responses of the deck and towers as compared with those of the travelling constant wave velocity case. In addition, the variability of the ground motions should be considered in the analysis of long span cable-stayed bridges to obtain more accurate results in calculating the bridge responses.
Park, Youn-Soo;Song, Young-Bong;Hyun, Ki-Hwyun;Lee, Soon Nam;Yang, Won Yeol
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.1
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pp.167-174
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2008
Number of long-span bridge construction has been increased recently so that seismic consideration of design has become significant. To adapt such significance to design, seismic design in the newly revised 'Cable Steel Bridge Design Handbook' specifies some of wave travelling effect and local site effect. In this study, a cable-stayed bridge with main span of 500m is analysed having variables of uniform excitation, wave travelling effect, and wave travelling effect plus local site effect. Result shows that wave travelling effect in cable-stayed bridge affects considerably to its seismic response under weak soil condition even though the span length is relatively short. What's more, regardless of soil type, the seismic response has become higher for analysis with wave travelling effect and local site effect than with wave travelling effect only. Consequently, in seismic response analysis of long-span bridge, consideration should be given to application of wave travelling effect and local site effect.
Kim, Bong-Soo;Lee, Sei-Hyun;Choo, Yun-Wook;Park, Sung-Sik;Kim, Dong-Joon
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2007.09a
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pp.305-316
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2007
Free field ground motion during earthquake is significantly affected by the local soil conditions and it is essential for the seismic design to perform the site specific ground response analysis. So, Round Robin Test (RRT) on ground response analysis was performed for three sites in Korea. A total of 12 teams presented the results of ground response analysis with used input soil properties based on own judgement. In this paper, the results of one dimensional equivalent linear analysis presented by 11 teams were compared to evaluate the effect of input soil properties on ground response analysis. Additionally, 4 influence factors on ground response analysis, that is shear wave velocity of soil layer, nonlinear dynamic deformational characteristics, bedrock depth and bedrock velocity were studied for assumed simple soil conditions.
Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet C.;Soyluk, Kurtulus;Dumanoglu, A. Aydin;Bayraktar, Alemdar
Earthquakes and Structures
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v.10
no.5
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pp.1233-1251
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2016
In this paper, it is aimed to determine the stochastic response of a suspension bridge subjected to spatially varying ground motions considering the geometric nonlinearity. Bosphorus Suspension Bridge built in Turkey and connects Europe to Asia in Istanbul is selected as a numerical example. The spatial variability of the ground motion is considered with the incoherence, wave-passage and site-response effects. The importance of site-response effect which arises from the difference in the local soil conditions at different support points of the structure is also investigated. At the end of the study, mean of the maximum and variance response values obtained from the spatially varying ground motions are compared with those of the specialised cases of the ground motion model. It is seen that each component of the spatially varying ground motion model has important effects on the dynamic behaviour of the bridge. The response values obtained from the general excitation case, which also includes the site-response effect causes larger response values than those of the homogeneous soil condition cases. The variance values calculated for the general excitation case are dominated by dynamic component at the deck and Asian side tower. The response values obtained for the site-response effect alone are larger than the response values obtained for the incoherence and wave-passage effects, separately. It can be concluded that suspension bridges are sensitive to the spatial variability of ground motion. Therefore, the incoherence, the wave-passage and especially the site-response effects should be considered in the stochastic analysis of this type of engineering structures.
This paper studies the effects of spatially varying ground motions on the responses of a bridge frame located on a canyon site. Compared to the spatial ground motions on a uniform flat site, which is the usual assumptions in the analysis of spatial ground motion variation effects on structures, the spatial ground motions at different locations on surface of a canyon site have different intensities owing to local site amplifications, besides the loss of coherency and phase difference. In the proposed approach, the spatial ground motions are modelled in two steps. Firstly, the base rock motions are assumed to have the same intensity and are modelled with a filtered Tajimi-Kanai power spectral density function and an empirical spatial ground motion coherency loss function. Then, power spectral density function of ground motion on surface of the canyon site is derived by considering the site amplification effect based on the one dimensional seismic wave propagation theory. Dynamic, quasi-static and total responses of the model structure to various cases of spatially varying ground motions are estimated. For comparison, responses to uniform ground motion, to spatial ground motions without considering local site effects, to spatial ground motions without considering coherency loss or phase shift are also calculated. Discussions on the ground motion spatial variation and local soil site amplification effects on structural responses are made. In particular, the effects of neglecting the site amplifications in the analysis as adopted in most studies of spatial ground motion effect on structural responses are highlighted.
Food compost, having a higher organic contents than soil, could be an alternative material to prevent the proliferation of heavy metals contamination in soil. In this study we used a convection-dispersion local equilibrium sorption model(CDE) and a two-site non-equilibrium sorption model to find the effects on the adsorption and transportation of Pb by mixing food compost with soil and we also tried to find the effect of velocity and concentration of the injected solution on the characteristics of Pb. We measured Pb concentrations in injection-liquid and in effluent, and then applied them to CXTFIT program. As a result of column experiments, some parameters(D, R, ${\beta}$, ${\omega}$) used in two-site non-equilibrium adsorption model were obtained. Characteristics of Pb adsorption and transport were analyzed using the parameters(D, R, ${\beta}$, ${\omega}$) obtained from the CXTFIT program, We could know that mixed soil with food compost showed a higher adsorption capacity from the retardation factor(R) calculated from the breakthrough curve(BTCs) of Pb. Rs of soil and mixed soil are 20.45, 37.45 respectively, indicating that the adsorption and the transportation characteristics could be accessed quantitatively by using of two-site non-equilibrium adsorption model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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