Shape memory alloy (SMA)-based Superelasticity-assisted Slider (SSS) is proposed as an engineering solution to practically exploit the well-accepted advantages of both sliding isolation and SMA-based recentering. Self-centering capability in SSS is provided by austenitic SMA cables (or wire ropes), recently attracting a lot of interest and attention in earthquake engineering and seismic isolation. The cables are arranged in various novel and conventional configurations to make SSS versatile for aseismic design and retrofit of structures. All the configurations are detailed with thorough technical drawings. It is shown that SSS is applicable without the need for Isolation Units (IUs). IUs, at the same time, are devised for industrialized applications. The proof-of-concept study is carried out through the examination of mechanical behavior in all the alternative configurations. Force-displacement relations are determined. Isolation capabilities are predicted based on the decreases in seismic demands, estimated by the increases in effective periods and equivalent damping ratios. Restoring forces normalized relative to resisting forces are assessed as the criteria for self-centering capabilities. Lengths of SMA cables required in each configuration are calculated to assess the cost and practicality. Practical implementation is realized by setting up a small-scale IU. The effectiveness of SSS under seismic actions is evaluated using an innovative computer model and compared to those of well-known Isolation Systems (ISs) protecting a reference building. Comparisons show that SSS seems to be an effective IS and suitable for earthquake protection of both structural and non-structural elements. Further research aimed at additional validation of the system are outlined.
Sung, Han Suk;Ahn, Seong Ryong;Park, Si Young;Kang, Thomas H.-K.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.1
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pp.37-47
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2023
A new clamped mechanical splice system was proposed to develop structural performance and constructability for precast concrete connections. The proposed mechanical splice resists external loading immediately after the engagement. The mechanical splices applicable for both large-scale rebars for plants and small-scale rebars for buildings were developed with the same design concept. Quasi-static lateral cyclic loading tests were conducted with reinforced and precast concrete members to verify the seismic performance. Also, shaking table tests with three types of seismic wave excitation, 1) random wave with white noise, 2) the 2016 Gyeongju earthquake, and 3) the 1999 Chi-Chi earthquake, were conducted to confirm the dynamic performance. All tests were performed with real-scale concrete specimens. Sensors measured the lateral load, acceleration, displacement, crack pattern, and secant system stiffness, and energy dissipation was determined by lateral load-displacement relation. As a result, the precast specimen provided the emulative performance with RC. In the shaking table tests, PC frames' maximum acceleration and displacement response were amplified 1.57 - 2.85 and 2.20 - 2.92 times compared to the ground motions. The precast specimens utilizing clamped mechanical splice showed ductile behavior with energy dissipation capacity against strong motion earthquakes.
The longitudinal steel connection of reinforced concrete bridge column is sometimes practically unavoidable, however the current Korean bridge design specifications have no special provisions about lap-splices of longitudinal steel. This paper reports experimental results of a research program investigating the seismic performance of circular RC bridge columns with respect to longitudinal steel connection detailing. Twenty-one circular column specimens were tested under quasi-static test. The columns with the entire longitudinal steel lap-spliced within plastic hinge region show relatively sudden strength degradation and low ductility than the columns with continuous longitudinal steel and the columns with half of longitudinal steel lap-spliced. However, the seismic performance of the column with mechanically connected longitudinal steel is similar to that of the column with continuous longitudinal steel. The final objectives of this study are to suggest appropriate longitudinal reinforcement connection details for the limited ductility design concept and to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, collapse, etc. Ultimate displacement/drift ratio, displacement ductility, response modification factor, equivalent viscous damping ratio, residual deformation index, and effective stiffness are investigated and discussed in this paper.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.2
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pp.1-7
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2002
A procedure for determination of performance point was developed based on the concept of the direct displacement-based design method. Using the proposed procedure, parametric study has been performed for various natural periods of the structure, yield strength, and the stiffness after the first yield. The proposed method was also applied to a 10-story steel frame, and the results were compared to those from the capacity spectrum method and the time history analysis. It was found from the comparison that there were good agreement between the results.
Ganjavi, Behnoud;Hadinejad, Amirali;Jafarieh, Amir Hossein
Steel and Composite Structures
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v.32
no.1
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pp.91-110
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2019
In the present study, the effects of six different ground motion scaling methods on inelastic response of nonlinear steel moment frames (SMFs) are studied. The frames were designed using energy-based PBPD approach with the design concept using pre-selected target drift and yield mechanism as performance limit state. Two target spectrums are considered: maximum credible earthquake spectrum (MCE) and design response spectrum (DRS). In order to investigate the effects of ground motion scaling methods on the response of the structures, totally 3216 nonlinear models including three frames with 4, 8 and 16 stories are designed using PBPD approach and then they are subjected to ensembles of ground motions including 42 far-fault and 90 near-fault pulse-type records which were scaled using the six different scaling methods in accordance to the two aforementioned target spectrums. The distributions of maximum inter-story drift over the height of the structures are computed and compared. Finally, the efficiency and reliability of each ground motion scaling method to estimate the maximum nonlinear inter-story drift of special steel moment frames designed by energy-based PBPD approach are statistically investigated, and the most suitable scaling methods with the lowest dispersion for two groups of earthquake ground motions are introduced.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.46-55
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2016
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns(4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable are transverse steel ratio. Volumetric ratio of spirals of all the columns is 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The final objectives of this study are to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, steel fracture, etc. In this paper, describes mainly failure behavior, strength degradation behaviour, displacement ductility of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variables.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.2
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pp.71-82
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2013
Eight small scale circular reinforced concrete columns (4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. The selected test variables are longitudinal steel ratio (2.017%, 3.161%), transverse steel ratio, and axial load ratio (0, 0.07, 0.15). Volumetric ratio of spirals of all the columns is 0.335~0.894% in the plastic hinge region. It corresponds to 39.7~122.3% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The final objectives of this study are to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, steel fracture, etc. In this paper, describes mainly failure behavior, strength degradation behaviour, displacement ductility of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variables.
As a result of the detailed site investigation performed for the design of a 4.3 km long tunnel, geological anomalies of four fault zones and a rock boundary were discovered on the tunnel route. Most of all, it was confirmed that pyrite, which may corrode steel material, is contained inside the geological anomalies, and pressured ground water flows out of the fault fractured zone. To overcome these geological conditions, antisulfur concrete for the concrete lining and anticorrosive swelling rock bolts are designed in the pyrite-containing sections. For the sections where a great amount of groundwater outflows, water blocking methods including grouting are applied according to the result of numerical analyses on the seepage. In addition, since the past earthquakes occurred around Korea have take place mainly near fault zones, seismic analyses were performed based on the Soil-Structure Interaction (SSI) concept and the strength of concrete tunnel lining is designed to be 27 MPa from 24 MPa in order to reinforce the tunnel structure.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.137-146
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1999
The SSI(Soil-Structure Interaction) analyses are being performed for the KNGR(Korean Next Generation Reactor) design because the KNGR is developed as a standard nuclear power plant concept enveloping various soil conditions. the SASSI program which adopts the flexible volume method is used for the SSI analyses. The soil curves used in the three dimensional SSI analyses of KNGR Nuclear Island(NI) structures are based on the upper bound shear modulus curve and lower bound damping degradation on SSI response the average shear modulus curve with average damping curve was used for two soil cases. This study presents the results of the variances by using different soil nonlinearity parameters based on the paametric SSI analyses. The results include the maximum member forces(shear and axial force) at the base of the NI structures and the 5% damping Floor Response Spectra (FRS) at some representative locations at the top of the NI superstructures. They are also compared together with the enveloped SSI results for eight soil cases and fixed-base analysis for rock case by using two control motions.
The concept of meta-material-based isolation systems (MMIS) for structural columns has been revisited in the present study in order to enhance the stability of rubber pads by using steel shim reinforced rubber (SSRR) layers. Analytical calculations have shown a significant improvement in the stability of MMIS with SSRR pads. Finite element analysis has also been conducted to further show the reduced response of a bridge with the modified MMIS under excitations having frequencies within the corresponding attenuation zone (AZ) as compared to the response of a conventional bridge without MMIS. FE analysis further shows the stress generated on the bridge with MMIS systems are within safe limits. Finally, a generalized procedure has been developed to design bridge columns with the proposed modified MMIS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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