Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.36
no.3
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pp.121-128
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2020
In this paper, the ASCE 7 equivalent static approach for seismic design of non-structural elements is critically evaluated based on the measured floor acceleration data, theory of structural dynamics, and linear/nonlinear dynamic analysis of three-dimensional building models. The analysis of this study on the up-to-date database of the instrumented buildings in California clearly reveals that the measured database does not well corroborate the magnitude and the profile of the floor acceleration as proposed by ASCE 7. The basic flaws in the equivalent static approach are illustrated using elementary structural dynamics. Based on the linear and nonlinear dynamic analyses of three-dimensional case study buildings, it is shown that the magnitude and distribution of the PFA (peak floor acceleration) can significantly be affected by the supporting structural characteristics such as fundamental period, higher modes, structural nonlinearity, and torsional irregularity. In general, the equivalent static approach yields more conservative acceleration demand as building period becomes longer, and the PFA distribution in long-period buildings tend to become constant along the building height due to the higher mode effect. Structural nonlinearity was generally shown to reduce floor acceleration because of its period-lengthening effect. Torsional floor amplification as high as 250% was observed in the building model of significant torsional irregularity, indicating the need for inclusion of the torsional amplification to the equivalent static approach when building torsion is severe. All these results lead to the conclusion that, if permitted, dynamic methods which can account for supporting structural characteristics, should be preferred for rational seismic design of non-structural elements.
Considerable part of reinforced concrete building has suffered from destructive earthquakes in Turkey. This situation makes necessary to determine nonlinear behavior and seismic performance of existing RC buildings. Inelastic response of buildings to static and dynamic actions should be determined by considering both flexural plastic hinges and brittle shear hinges. However, shear capacities of members are generally neglected due to time saving issues and convergence problems and only flexural response of buildings are considered in performance assessment studies. On the other hand, recent earthquakes showed that the performance of older buildings is mostly controlled by shear capacities of members rather than flexure. Demand estimation is as important as capacity estimation for the reliable performance prediction in existing RC buildings. Demand estimation methods based on strength reduction factor (R), ductility (${\mu}$), and period (T) parameters ($R-{\mu}-T$) and damping dependent demand formulations are widely discussed and studied by various researchers. Adopted form of $R-{\mu}-T$ based demand estimation method presented in Eurocode 8 and Turkish Earthquake Code-2007 and damping based Capacity Spectrum Method presented in ATC-40 document are the typical examples of these two different approaches. In this study, eight different existing RC buildings, constructed before and after Turkish Earthquake Code-1998, are selected. Capacity curves of selected buildings are obtained with and without considering the brittle shear capacities of members. Seismic drift demands occurred in buildings are determined by using both $R-{\mu}-T$ and damping based estimation methods. Results have shown that not only capacity estimation methods but also demand estimation approaches affect the performance of buildings notably. It is concluded that including or excluding the shear capacity of members in nonlinear modeling of existing buildings significantly affects the strength and deformation capacities and hence the performance of buildings.
In this study, for the purpose of evaluating the shear wave velocity in core zone, cross-hole test, down-hole test, MASW (Multi-channel Analysis of Surface Wave), and seismic reflection survey were carried out on the crest of the existing 'Y' dam. The results of field tests were compared one another. Furthermore, the field test results were compared with the result by the Sawada's empirical recommendation method. The purpose of this study is to compare the results of four kinds of field tests for evaluation of shear wave velocity in core zone of existing dam, to verify applicability of the empirical method which was recommended by Sawada and Takahashi, and to recommend a reasonable method for evaluation of shear wave velocity which is needed to evaluate tile maximum shear modulus of core zone. From the results of four kinds of field tests such as cross-hole test, down-hole test, MASW, and seismic reflection survey, it was found that the shear wave velocity distributions were similar within 18 m in depth and the results obtained by MASW and seismic reflection survey were almost the same by 30 m in depth. For evaluation of shear wave velocity in core zone of the existing dam, in consideration that it is not easy to bore the hole ill the core zone of existing dam, surface surveys such as MASW and seismic reflection method are recommended as realistic methods. On condition that it is impossible to conduct the field test and it is preliminary investigation, it is recommended that Sawada's low bound empirical equation be used.
An Earthquake Early Warning (EEW) system is a technology that alerts people to an incoming earthquake by using P waves that are detected before the arrival of more severe seismic waves. P-wave analysis is therefore an important factor in the production of rapid seismic information as it can be used to quickly estimate the earthquake magnitude and epicenter through the amplitude and predominant period of the observed P-wave. However, when a large-magnitude teleseismic earthquake is observed in a local seismic network, the significantly attenuated P wave phases may be mischaracterized as belonging to a small-magnitude local earthquake in the initial analysis stage. Such a misanalysis may be sent to the public as a false alert, reducing the credibility of the EEW system and potentially causing economic losses for infrastructure and industrial facilities. Therefore, it is necessary to develop methods that reduce misanalysis. In this study, the possibility of seismic misclassifying teleseimic earthquakes as local events was reviewed using the Filter Bank method, which uses the attenuation characteristics of P waves to classify local and outside Korean peninsula (regional and teleseismic) events with filtered waveform depending on frequency and epicenter distance. The data used in our analysis were analyzed for maximum Pv values using 463 events with local magnitudes (2 < ML ≦ 3), 44 (3 < ML ≦ 4), 4 (4 < ML ≦ 5), 3 (ML > 5), and 89 outside Korean peninsula earthquakes recorded by the KMA seismic network. The results show that local and telesesimic earthquakes can be classified more accurately when combination of filtering bands of No. 3 (6-12 Hz) and No. 6 (0.75-1.5 Hz) is applied.
Generally it was known that member forces in the earthquake resistant design is lower than those in the general design. But it is not true in cases of water treatment underground structures, which is different in each case like water treatment plant, sedimentation basin, and utility-pipe conduit. Also, looking at the scale of earthquakes that have recently occurred in Korea, large-scale earthquakes are frequent, so when the magnitude of the design seismic force increases, it is necessary to investigate the seismic behavior of the water treatment underground structure and to deal with it. In this study the change rate of member forces was investigated by the change of design load factor (earthquake acceleration design criteria), earth depth, underground water level. The pseudo-static analysis and response displacement method was applied, and various analyzes were conducted depending on the ground water and soil depth. The proposed formula in this study will be efficient when the earthquake design code of water treatment underground structures is revised.
In this paper, a dynamic analysis based on the fuzzy set theory is presented as a possible complementary tool to the classical stochastic methods for dynamic analyses. Material parameters of a structure are influenced by uncertainties and therefore they are considered to be fuzzy quantities with given distributions, that means fuzzy numbers with given membership functions. The fuzzy dynamic analysis is conducted with help of fuzzy arithmetic defined on the so-called ${\alpha}$-cuts. The results of the analysis are also obtained in the form of fuzzy numbers, which compared to the stochastic methods is less computationaly expensive while at the same time they still provide information about the distribution of a quantity. This method is demonstrated on an analysis of a two-dimensional frame subjected to possible seismic load, where the uncertain eigenmodes and eigenfrequencies are used in the modal analysis.
Recent rapid advances in computer hardware performance have led to relatively low computational costs, increasing the number of applications of machine-learning techniques to geophysical problems. In particular, deep-learning techniques are gaining in popularity as the number of cases successfully solving complex and nonlinear problems has gradually increased. In this paper, applications of seismic data denoising methods using deep-learning techniques are introduced and investigated. Depending on the type of attenuated noise, these studies are grouped into denoising applications of coherent noise, random noise, and the combination of these two types of noise. Then, we investigate the deep-learning techniques used to remove the corresponding noise. Unlike conventional methods used to attenuate seismic noise, deep neural networks, a typical deep-learning technique, learn the characteristics of the noise independently and then automatically optimize the parameters. Therefore, such methods are less sensitive to generalized problems than conventional methods and can reduce labor costs. Several studies have also demonstrated that deep-learning techniques perform well in terms of computational cost and denoising performance. Based on the results of the applications covered in this paper, the pros and cons of the deep-learning techniques used to remove seismic noise are analyzed and discussed.
Dynamic analyses of tunnels are widely performed in practice in Korea. Accurate performance of a dynamic analysis is very difficult, requiring appropriate application of lower and lateral boundary conditions, deconvolution, constitutive model, and selection of dynamic soil properties etc. Lack of a systematic guideline on how to perform the dynamic analysis makes it even more difficult to perform an analysis. In addition, dynamic analyses are not needed in most cases and pseudo-static analyses are more than adequate. However, they are performed without a clear understanding on the need for the dynamic analysis and differences between the two methods. In this study, firstly, a guideline for correctly performing a 2D dynamic analysis is developed. Secondly, the differences in the tunnel responses using dynamic and pseudo-static analyses are discussed and compared. The results show that the discrepancies between the dynamic and static analyses are not significant for most cases. It is therefore recommended that the dynamic analyses be performed at tunnel portal, very soft ground, or in cases where spatial variation of the ground motion needs to be considered in the seismic analysis of tunnels in transverse direction.
The non-linear Hoek-Brown failure criterion has been widely accepted and applied to evaluate the stability of rock slopes under plane-strain conditions. This paper presents a kinematic approach of limit analysis to assessing the static and seismic stability of three-dimensional (3D) rock slopes using the generalized Hoek-Brown failure criterion. A tangential technique is employed to obtain the equivalent Mohr-Coulomb strength parameters of rock material from the generalized Hoek-Brown criterion. The least upper bounds to the stability number are obtained in an optimization procedure and presented in the form of graphs and tables for a wide range of parameters. The calculated results demonstrate the influences of 3D geometrical constraint, non-linear strength parameters and seismic acceleration on the stability number and equivalent strength parameters. The presented upper-bound solutions can be used for preliminary assessment on the 3D rock slope stability in design and assessing other solutions from the developing methods in the stability analysis of 3D rock slopes.
Nonlinear Static Procedures (NSPs) have been developed as a practical tool to estimate the seismic demand of structures. Several researches have accomplished to minimize errors of NSPs, namely pushover procedures, in the Nonlinear Time History Analysis (NTHA), as the most exact method. The most important issue in a typical pushover procedure is the pattern and technique of loading which are extracted based on structural dynamic fundamentals. In this paper, the coefficients of modal force combination is focused involving a meta-heuristic optimization algorithm to find the optimum load pattern which results in a response with minimum amount of errors in comparison to the NTHA counterpart. Other parameters of the problem are based on the FEMA recommendations for pushover analysis of building structures. The proposed approach is implemented on a high-rise 20 storey concrete moment resisting frame under three earthquake records. In order to demonstrate the effectiveness and robustness of the studied procedure the results are presented beside other well-known pushover methods such as MPA and the FEMA procedures, and the results show the efficiency of the proposed load patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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