Studying the critical response characteristics of box culverts with diverse geometrical configurations under seismic excitations is a necessary step to develop a reasonable design method. In this work, a numerical parametric study is conducted on various soil-culvert systems, aiming to highlight the critical difference in the seismic performances between three- and four-sided culverts. Two-dimensional numerical models consider a variety of burial depths, flexibility ratios and foundation widths, assuming a visco-elastic soil condition, which permits to compare with the analytical solutions and previous studies. The results show that flexible three-sided culverts at a shallow depth considerably amplify the spectral acceleration and Arias intensity. Larger racking deformation and rocking rotation are also predicted for the three-sided culverts, but the bottom slab influence decreases with increasing burial depth and foundation width. The bottom slab combined with the burial depth and structural stiffness also significantly influences the magnitude and distribution of the dynamic earth pressure. The findings of this work shed light on the critical role of the bottom slab in the seismic responses of box culverts and may have a certain reference value for the preliminary seismic design using R-F relation.
Recently, number of smart material are investigated and widely used in civil construction and other industries. Present study investigates the application of smart semi-active piezoelectric friction damper (PFD) made with piezoelectric material for the seismic control of the horizontally curved bridge isolated with lead rubber bearing (LRB). The main aim of the study is to investigate the effectiveness of hybrid system and to find out the optimum parameters of PFD for seismic control of the curved bridge. The selected curved bridge is a continuous three-span concrete box girder supported on pier and rigid abutment. The PFD is located between the deck and abutments or piers in chord and radial directions. The bridge is excited with four different earthquake ground motions with all three components (i.e. two horizontal and a vertical) having different characteristics. It is observed that the use of semi-active PFD with LRB is quite effective in controlling the response of the curved bridge as compared with passive system. The incorporation of the smart damper requiring small amount of energy in addition with an isolation system can be used for effective control the curved bridge against the dynamic loading.
Massumi, Ali;Mahboubi, Behnam;Ameri, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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v.8
no.6
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pp.1435-1452
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2015
The performance of masonry infilled frames during the past earthquakes shows that the infill panels play a major role as earthquake-resistant elements. Experimental observations regarding the influence of infill panels on increasing stiffness and strength of reinforced concrete structures reveal that such panels can be used in order to strengthen reinforced concrete frames. The present study examines the influence of infill panels on seismic behavior of RC frame structures. For this purpose, several low- and mid-rise RC frames (two-, four-, seven-, and ten story) were numerically investigated. Reinforced masonry infill panels were then placed within the frames and the models were subjected to several nonlinear incremental static and dynamic analyses. In order to determine the acceptance criteria and modeling parameters for frames as well as reinforced masonry panels, the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Masonry Buildings (Issue No. 376), the Iranian Guideline for Seismic Rehabilitation of Existing Structures (Issue No. 360) and FEMA Guidelines (FEMA 273 and 356) were used. The results of analyses showed that the use of reinforced masonry infill panels in RC frame structures can have beneficial effects on structural performance. It was confirmed that the use of masonry infill panels results in an increment in strength and stiffness of the framed buildings, followed by a reduction in displacement demand for the structural systems.
The effects of reinforcement on the horizontal and vertical deformations of geosynthetic reinforced retaining walls are investigated under a well-known seismic load (San Jose earthquake, 1955). Retaining walls are designed with internal and external stability (with appropriate factor of safety) and deformation is chosen as the main parameter for describing the wall behavior under seismic load. Retaining walls with various heights (6, 8, 10, 12 and 14 meter) are optimized for geosynthetics arrangement, and modeled with a finite element method. The stress-strain behavior of the walls under a well-known loading type, which has been used by many previous researchers, is investigated. A comparison is made between the reinforced and non-reinforced systems to evaluate the effect of reinforcement on decreasing the deformation of the retaining walls. The results show that the reinforcement system significantly controls the deformation of the top and middle of the retaining walls, which are the critical points under dynamic loading. It is shown that the optimized reinforcement system in retaining walls under the studied seismic loading could decrease horizontal and vertical deformation up to 90% and 40% respectively.
This paper is conducted to compare the seismic design standard of a bridge column such as the Korean Bridge Design Standard(KBDS), EC 8, NZS 3101 and ATC 32. The KBDS adopted the seismic design requirements in 1992. The earthquake magnitude in Korea is compared with those in the west coast of the USA. It may be said that the current seismic design requirements of the KBDS provides design results, that are too conservative especially for transverse reinforcement details and amounts in reinforced concrete columns. This fact usually creates construction problems in concrete casting, due to congestion of transverse reinforcement. Furthermore, the effective stiffness; $I_{eff}$ depends on both the axial load P/$A_gF_{ck}$ and the longitudinal reinforcement ratio $A_{st}/A_g, so it is the conservative to use the effective stiffness I$_{eff}$ than the gross section stiffness Ig. Seismic design for the transverse reinforcement content of the concrete column was analyzed and considered to have an extreme-fiber compression strain, response modification factor, axial load and effective stiffness etc.c.
This paper studies the influence of parameters of a novel SMA helical spring energy dissipation brace on the seismic resistance of a frame structure. The force-displacement relationship of the SMA springs is established mathematically based on a multilinear constitutive model of the SMA material. Four SMA helical springs are fabricated, and the force-displacement relationship curves of the SMA springs are obtained via tension tests. A numerical dynamic model of a two-floor frame with spring energy dissipation braces is constructed and evaluated via vibration table tests. Then, two spring parameters, namely, the ratio of the helical spring diameter to the wire diameter and the pre-stretch length, are selected to investigate their influences on the seismic responses of the frame structure. The simulation results demonstrate that the optimal ratio of the helical spring diameter to the wire diameter can be found to minimize the absolute acceleration and the relative displacement of the frame structure. Meanwhile, if the pre-stretch length is assigned a suitable value, excellent vibration reduction performance can be realized. Compared with the frame structure without braces, the frames with spring braces exhibit highly satisfactory seismic resistance performance under various earthquake waves. However, it is necessary to select an SMA spring with optimal parameters for realizing optimal vibration reduction performance.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.3
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pp.33-40
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2019
A seismic isolation system is one of the most effective control devices used for mitigating the structural responses due to earthquake loads. This system is generally used as a type of base isolation system for low- and mid-rise building structures. If the base isolation technique is applied to high-rise buildings, a lot of problems may be induced such as the movement of isolation bearings during severe wind loads, the stability problem of bearings under large compression forces. Therefore, a mid-story isolation system was proposed for seismic protection of high-rise buildings. Residence-commerce complex buildings in Korea have vertical irregularity because shear wall type and frame type structures are vertically connected. This problem can be also solved by the mid-story isolation system. An effective analytical method using super elements and substructures was proposed in this study. This method was used to investigate control performance of mid-story isolation system for residence-commerce complex buildings subjected to seismic loads. Based on numerical analyses, it was shown that the mid-story isolation system can effectively reduce seismic responses of residence-commerce complex tall buildings.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.161-170
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2020
In this study, develop the seismic acceleration measurement data conversion and signal processing algorithms for improve the operational efficiency of the seismic acceleration measurement system installed for public facilities. Through the analysis of the seismic acceleration time history data, the evaluation methods and criteria and evaluating the safety of buildings were proposed. The system was applied to the test bed building to verify its operation and usability. It is expected to be used as a decision making support data and determining the direction and priority of disaster response in the event of an earthquake.
Shored Mechanically Stabilized Earth (SMSE) walls are types of soil retaining structures that increase soil stability under static and dynamic loads. The damage caused by an earthquake can be determined by evaluating the probabilistic seismic response of SMSE walls. This study aimed to assess the seismic performance of SMSE walls and provide fragility curves for evaluating failure levels. The generated fragility curves can help to improve the seismic performance of these walls through assessing and controlling variables like backfill surface settlement, lateral deformation of facing, and permanent relocation of the wall. A parametric study was performed based on a non-linear elastoplastic constitutive model known as the hardening soil model with small-strain stiffness, HSsmall. The analyses were conducted using PLAXIS 2D, a Finite Element Method (FEM) program, under plane-strain conditions to study the effect of the number of geogrid layers and the axial stiffness of geogrids on the performance of SMSE walls. In this study, three areas of damage (minor, moderate, and severe) were observed and, in all cases, the wall has not completely entered the stage of destruction. For the base model (Model A), at the highest ground acceleration coefficient (1 g), in the moderate damage state, the fragility probability was 76%. These values were 62%, and 54%, respectively, by increasing the number of geogrids (Model B) and increasing the geogrid stiffness (Model C). Meanwhile, the fragility values were 99%, 98%, and 97%, respectively in the case of minor damage. Notably, the probability of complete destruction was zero percent in all models.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.2
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pp.95-102
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2020
Electrical instruments and devices contained in cabinets for controlling nuclear power plants require seismic qualification; likewise, in-cabinet response spectrum (ICRS) is necessary. Gupta et al. (1999) suggested the Ritz method, where rocking, frame bending, and plate bending behaviors of cabinets are considered, as a method for determining ICRS. This research proposes a method to determine the rocking stiffness of cabinets, which represents its rocking behavior. The cabinet is fixed on mounting frames and is connected to the base concrete by anchors. When horizontal excitation is applied to the cabinet, the mounting frames at anchors are locally deformed, the mounting frames are bent, and then rocking in the cabinet becomes evident. A method to determine equivalent vertical spring stiffness representing the local deformation of the mounting frames at anchors is then proposed. Subsequently, the rocking stiffness of this mounting frame is calculated upon assumption of the mounting frame as an indeterminate beam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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