Ancient masonry towers are regarded as among the most important historical heritage structures of the world. These slender structures typically have orthogonal and circular geometry in plane. These structural forms are commonly installed with adjacent structures. Because of their geometrical shapes and structural constraints, ancient masonry towers are more vulnerable to earthquake damage. The main goal of the paper is to investigate the seismic behavior of Erzurum Clock Tower under earthquake loading and to determine the contribution of the castle walls to the seismic performance of the tower. In this study, four three-dimensional finite element models of the Erzurum Clock Tower were developed and the seismic responses of the models were investigated. Time history analyses were performed using the earthquakes that took place in Turkey in 1983 near Erzurum and in 1992 near Erzincan. In the first model, the clock tower was modeled without the adjacent walls; in the second model, the clock tower was modeled with a castle wall on the south side; in the third model, the clock tower was modeled with a castle wall on the north side; and in the last model, the clock tower was modeled with two castle walls on both the north and south sides. Results of the analyses show that the adjacent walls do not allow lateral movements and the horizontal displacements decreases. It is concluded that the adjacent structures should be taken into consideration when modeling seismic performance in order to get accurate and realistic results.
Gunaydin, Murat;Erturk, Esin;Genc, Ali Fuat;Okur, Fatih Yesevi;Altunisik, Ahmet Can;Tavsan, Cengiz
Earthquakes and Structures
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v.22
no.1
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pp.65-82
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2022
This paper presents a structural performance assessment of a historical masonry clock tower both using numerical and experimental process. The numerical assessment includes developing of finite element model with considering different types of soil-structure interaction systems, identifying the numerical dynamic characteristics, finite element model updating procedure, nonlinear time-history analysis and evaluation of seismic performance level. The experimental study involves determining experimental dynamic characteristics using operational modal analysis test method. Through the numerical and experimental processes, the current structural behavior of the masonry clock tower was evaluated. The first five experimental natural frequencies were obtained within 1.479-9.991 Hz. Maximum difference between numerical and experimental natural frequencies, obtained as 20.26%, was reduced to 4.90% by means of the use of updating procedure. According to the results of the nonlinear time-history analysis, maximum displacement was calculated as 0.213 m. The maximum and minimum principal stresses were calculated as 0.20 MPa and 1.40 MPa. In terms of displacement control, the clock tower showed only controlled damage level during the applied earthquake record.
The Industrial Revolution brought a variety of new forms of structure, and as a group they are usually called 'industrial architecture'. Steam engines contributed greatly to architecture with a unique structure called 'water tower' to provide water for steam engines, especially the adoption of it. This study is to examine the changes of the building materials and architectural features of the water towers of railway stations built in the early twentieth century in South Korea. This study also attempts to describe the modern features of the industrial architecture, which did not get a chance to be noticed. Through this examination on water tower, which is a part of industrial architecture with sheer integration of function and pure geometric form, we would like to find the meaning of modern architecture in Korea. As we can see in the Korean oldest railway station water tower constructed in masonry at Yeonsan Station in 1911, early water towers were divided into the masonry machine room and the steel water tank. However, the masonry structure was soon turned into concrete structure with its formal features maintained as it was. The steel water tank was also replaced with concrete structure. As a result, while its basic structure remained, concrete structure had substituted for the every components of water tower. Concrete-built water towers were the high-tech architecture of that time and the most perfect structures built in concrete. Nevertheless, the perfection of the water tower form and the technology it attained were not transferred to other modern and contemporary architecture in South Korea. Since the subject to railway station water towers was the Japanese government, and steam engines were replaced with diesels in the midst of a complicated domestic situation after the independence, the need for water towers in railway stations disappeared and therefore, it became ignored and was difficult to look over the architectural features and values of early railway station water towers.
Casciati, S.;Tento, A.;Marcellini, A.;Daminelli, R.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.3
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pp.367-376
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2014
Ambient vibration techniques are nowadays a very popular tool to assess dynamic properties of buildings. Due to its non destructive character, this method is particularly valuable, especially for health monitoring of historical monuments. The present ambient vibration experiment consists on the evaluation of vibration modes of a Medieval tower. Situated in Soncino (close to Cremona, in the Northern Italian region named Lombardia), the tower of 41.5 meters height has been monitored by seismometers located at different points inside the structure. Spectral ratios of the recorded ambient vibrations clearly identify a fundamental mode at about 1 Hz, with a slight difference in the two horizontal components. A second mode is also evidenced at approx 4-5 Hz, with a moderate degree of uncertainty. The records of a ML 4.4 earthquake, occurred during the monitoring period, confirm the information obtained by microtremor analysis. Daily variations of both 1st and 2nd mode were detected: these variations, of an amount up to 2%, seem to be well related with the temperature.
A comprehensive probabilistic seismic hazard analysis was carried out in Istanbul to examine the seismotectonic features of the region. The results showed that earthquakes can trigger one another, resulting in the grouping of earthquakes in both time and space. The hazard analysis utilized the Poisson model and a conventional integration technique to generate the hazard curve, which shows the likelihood of ground motion surpassing specific values over a given period. Additionally, the study evaluated the impact of seismic hazard on the structural integrity of an existing masonry tower by simulating its seismic response under different ground motion intensities. The study's results emphasize the importance of considering the seismotectonic characteristics of an area when assessing seismic hazard and the structural performance of buildings in seismic-prone regions.
This is the story of a bell-tower and its monitoring. The Civic Tower in Portogruaro is a 59 m high masonry bell-tower, originally built in the XIII century, today leaning more than a meter out of plumb. Since 2003, the building inclination has been continuously monitored with an optical inclinometer in an effort to see whether the tilt is still in progress. When the monitoring started, it was thought highly unlikely that the Tower would tilt further. After three years of monitoring and historical investigation, this idea was completely overturned. We show here how the initial view developed to a final awareness via a probabilistic analysis of the information acquired, based on Bayesian logic. We illustrate how the joint use of instrumental monitoring and historical documentation allowed timely recognition of signs of ongoing tilting and accurate calculation not only of the mean inclination trend, but also the credibility of this information.
The initiation of toppling is explored for a uniform stack of blocks that rotates slowly about its mid-base. As the stack passes through its vertical position ($\theta$=0), it is in free-fall rotation, and a critical inclination angle ${\theta}_c$ is reached at which the toppling stack "fails" or begins to crack or separate. For tall stacks (high aspect ratios), two modes of failure are hypothesized, for which the dynamic failure analyses are shown to correlate with experimental results. These block failure modes are similar to those observed for tall, toppling masonry structures with weak binding material between their brick or stone blocks.
Preciado, Adolfo;Ramirez-Gaytan, Alejandro;Gutierrez, Nayar;Vargas, David;Falcon, Jose Manuel;Ochoa, Gil
Steel and Composite Structures
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v.26
no.2
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pp.213-226
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2018
This paper focuses on the seismic protection of slender old masonry structures by the implementation of prestressing devices at key locations. The devices are vertically and externally located inside the towers in order to be reversible and calibrated. An extensive parametric study on a selected slender tower is carried out based on more than 100 nonlinear static simulations aimed at investigating the impact of different parameters on the seismic performance: (i) different prestressing levels; (ii) shape memory alloy superelasticity and (iii) changes in prestressing-forces in all the stages of the analysis until failure and masonry toe crushing. The tendon materials under analysis are conventional prestressing steel, fiber-reinforced polymers of different fibers and shape memory alloys. The parametric study serves to select the most suitable prestressing device and optimal prestressing level able to dissipate more earthquake energy. The seismic energy dissipation is evaluated by comparing the structural capacity curves in original state and retrofitted.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.6
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pp.305-314
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2021
The Gyeongju and Pohang earthquakes caused damages to many cultural properties; particularly, stone pagoda structures were significantly damaged among masonry cultural properties. To preserve these structures, it is necessary to understand their dynamic behavior characteristics under earthquakes. Analyses on such areas as deformation, frequency, maximum acceleration, permanent displacement, sliding, and rocking have to be performed. Although many analytical studies have already been conducted, dynamic behavior studies based on experiments are insufficient. Therefore, this study analyzed dynamic behavior characteristics by performing a shaking table experiment on a three-story stone pagoda structure at the Cheollongsa temple site damaged by the Gyeongju earthquake. As a result of the experiment, the displacements of stylobates did not occur significantly, but the tower body parts rotated. In particular, the rotation of the 1F main body stone was relatively larger than that of the other chief body stones because the 1F main body stone is relatively more slender than the other parts. In addition, the decorative top was identified as the component most vulnerable to sliding. This study found that the 1F main body stone is vulnerable to rocking, and the parts located on the upper part are more vulnerable to sliding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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