The pile group foundation is widely used for gravity pier of high-speed railway bridges in China. If a moderate or strong earthquake occurs, the pile-surrounding soil will exhibit obvious nonlinearity and significant pile group effect. In this study, an improved pushover analysis model for the pile group foundation with consideration of pile group effect is presented and validated by the quasi-static test. The improved model uses simplified springs to simulate the soil lateral resistance, side friction and tip resistance. PM (axial load-bending moment) plastic hinge model is introduced to simulate the impact of the axial force changing of pile group on their elastic-plastic characteristics. The pile group effect is considered in stress-stain relations of the lateral soil resistance with a reduction factor. The influence factors on nonlinear characteristics and plastic hinge distribution of the pile group foundation are discussed, including the pier height, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio of the pile, and soil mechanical parameters. Furthermore, the displacement ductility factor, resistance increase factor and yielding stiffness ratio are provided to evaluate the seismic performance of soil-pile system. A case study for the pile group foundation of a railway simply supported beam bridge with a 32 m-span is conducted by numerical analysis. It is shown that the ultimate lateral force of pile group is not determined by the yielding force of the single one in these piles. Therefore, the pile group effect is essential for the seismic performance evaluation of the railway bridge with pile group foundation.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.69-72
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2008
The so-called Pier-Shafts system which consists of the continuous column and shaft is often used to support the highway bridge structure because of advantages in easy construction and low cost. In the earthquake region, the Pier-Shafts system undergoes large displacements and represents a nonlinear behavior under the lateral seismic loading. The soil-pile interaction should be considered for more accurate analysis of the Pier-Shafts system. In this study, a transverse response of a reinforced concrete Pier-Shafts system inside multi-layered soil medium is predicted using a finite element program which adopts an elasto-plastic interface model for the interface behavior between the shaft and the soil. Then, seismic analysis is performed to evaluate the performance of Pier-Shafts system under strong ground motion and their results are verified with experimental data.
Shatnawi, Anis S.;Al-Beddawe, Esra'a H.;Musmar, Mazen A.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.295-310
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2019
This study attempts to develop new simplified approximate formulas to predict the fundamental natural periods of vibration (T) for bearing wall systems engaged with special reinforced concrete shear walls (RCSW) under seismic loads. Commonly, seismic codes suggested empirical formulas established by regression analysis of measured T for buildings during earthquake motions. These formulas depend on structure type, building height, number, height and length of SW, and ratio of SW area to base area of structure. In this study, a parametric investigation is performed for T of 110 selected models of bearing RCSW systems with varying structural height, configuration of horizontal plans including building width, number and width of bays, presence of middle corridors and core SWs. For this purpose, a 3D non-linear response time history (TH) analysis is implemented using ETABS v16.2.1. New formulas to estimate T are anticipated and compared with those obtained from formulas of IBC 2012 and ASCE/SEI 7-10. Moreover, the study examines responses of an arbitrarily two selected test model of 60 m and 80 m in height with presence of SWs having middle corridors. It is observed that the performance of the tested buildings is different through arising of considerable errors when using codes' formulas for estimating T. Accordingly, using the present proposed formulas exhibits more reasonable and safer design compared to codes' formulas. The results showed that equitable enhancement is promising to improve T formulas approaching enhanced and accurate estimation of T with reliable analysis, design, and evaluation of bearing RCSW systems.
Cable-stayed bridges are attractive due to their beauty, reducing material consumption, less harm to the environment and so on, in comparison with other kinds of bridges. As a massive structure with long period and low damping (0.3 to 2%) under many dynamic loads, these bridges are susceptible to fatigue, serviceability disorder, damage or even collapse. Tuned Mass Damper (TMD) is a suitable controlling system to reduce the vibrations and prevent the threats in such bridges. In this paper, Multi Tuned Mass Damper (MTMD) system is added to the Ahvaz cable stayed Bridge in Iran, to reduce its seismic vibrations. First, the bridge is modeled in SAP2000 followed with result verification. Dead and live loads and the moving loads have been assigned to the bridge. Then the finite element model is developed in OpenSees, with the goal of running a nonlinear time-history analysis. Three far-field and three near-field earthquake records are imposed to the model after scaling to the PGA of 0.25 g, 0.4 g, 0.55 g and 0.7 g. Two MTMD systems, passive and active, with the number of TMDs from 1 to 8, are placed in specific points of the main span of bridge, adding a total mass ratio of 1 to 10% to the bridge. The parameters of the TMDs are optimized using Genetic Algorithm (GA). Also, the optimum force for active control is achieved by Fuzzy Logic Control (FLC). The results showed that the maximum displacement of the center of the bridge main span reduced 33% and 48% respectively by adding passive and active MTMD systems. The RMS of displacement reduced 37% and 47%, the velocity 36% and 42% and also the base shear in pylons, 27% and 47%, respectively by adding passive and active systems, in the best cases.
Park Donghee;Yun Kwanhee;Chang Chun-Joong;Choi Weon-Hack;Lee Dae-Soo
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2005.05a
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pp.87-92
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2005
The ground-motion (GM) attenuation relations available in Korea has required the validation process for large earthquakes since most of them were developed based on small earthquake database, The Fukuoka earthquake (M=7.0) that occurred near the Korean Peninsula provides invaluable data to indirectly evaluate the attenuation characteristics of the strong GM in Korea. The GM levels (PGA, SA) obtained from the KIK-net downhole stations near the epicenter (R<100km) are reasonably predicted by the GM attenuation relation developed by KEPRI in 2003 for the Kori NPP site, the result of which validates the use of KEPRI GM attenuation relation for predicting GM induced by future large earthquakes. Also, the comparison between the Osaki spectra and response spectra of KIK-net downhole data reveals that the amplitude levels of Osaki spectra are higher than the spectra from KIK-net stations which are believed to be installed at the seismic basement.
Park, Dong-Hee;Yun, Kwan-Hee;Chang, Chun-Joong;Choi, Weon-Hack;Lee, Dae-Soo
Journal of the Korean Geophysical Society
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v.8
no.3
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pp.109-113
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2005
The ground-motion (GM) attenuation relations available in Korea has required the validation process for large earthquakes since most of them were developed based on small earthquake database. The Fukuoka earthquake (M=7.0) that occurred near the Korean Peninsula provides invaluable data to indirectly evaluate the attenuation characteristics of the strong GM in Korea. The GM levels (PGA, SA) obtained from the KIK-net downhole stations near the epicenter (R<100km) are reasonably predicted by the GM attenuation relation developed by KEPRI in 2003 for the Kori NPP site, the result of which validates the use of KEPRI GM attenuation relation for predicting GM induced by future large earthquakes. Also, the comparison between the Osaki spectra and response spectra of KIK-net downhole data reveals that the amplitude levels of Osaki spectra are higher than the spectra from KIK-net stations which are believed to be installed at the seismic basement.
While the frequency of seismic occurrence has been increasing recently, the domestic seismic response system is weak, the objective of this research is to compare and analyze the seismic vulnerability of buildings using statistical analysis and machine learning techniques. As the result of using statistical technique, the prediction accuracy of the developed model through the optimal scaling method showed about 87%. As the result of using machine learning technique, because the accuracy of Random Forest method is 94% in case of Train Set, 76.7% in case of Test Set, which is the highest accuracy among the 4 analyzed methods, Random Forest method was finally chosen. Therefore, Random Forest method was derived as the final machine learning technique. Accordingly, the statistical analysis technique showed higher accuracy of about 87%, whereas the machine learning technique showed the accuracy of about 76.7%. As the final result, among the 22,296 analyzed building data, the seismic vulnerabilities of 1,627(0.1%) buildings are expected as more dangerous when the statistical analysis technique is used, 10,146(49%) buildings showed the same rate, and the remaining 10,523(50%) buildings are expected as more dangerous when the machine learning technique is used. As the comparison of the results of using advanced machine learning techniques in addition to the existing statistical analysis techniques, in spatial analysis decisions, it is hoped that this research results help to prepare more reliable seismic countermeasures.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.2
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pp.279-299
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2019
Recently occurred earthquake Gyeongju and Pohang served as a momentum to remind that Korean peninsular is not a safety zone from earthquake anymore. The importance of seismic design, therefore, have been realized and researches regarding design response spectrum have been actively carried out by many researchers and engineers. Current tunnel seismic design method is conducted to check safety of tunnel structure by dynamic numerical analysis with condition of completed lining installation, so, it is impossible to consider safety of tunnel behavior under construction. In this study, therefore, dynamic numerical analysis considering seismic wave propagations has been performed after back analysis using results from field monitoring of tunnel under construction in fractured zone and 1st reinforcement (shotcrete, rockbolt) behaviour are analyzed. Waves are classified by period characteristic (short and long). As a result, the difference depending on period characteristic is minor, and increasements of displacement are obtained at crown displacement due to seismic wave is 28~31%, 14~16% at left side of tunnel in the fractured zone, 13~27% at right side of tunnel in the bed rock, respectively. In case of shotcrete axial force is increased 113~115% at tunnel crown, 102% at left side, 106~110% at right side, respectively. Displacement and axial force of rockbolts which are selected by type of anchored grounds (only fractured zone, fractured zone and bed rock, only bedrock) are analyzed, as a result, rockbolt which is anchored to fractured zone and bed rock at the same time are weaker than any other case.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.5
s.45
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pp.41-52
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2005
Using the variable control gain scheme on the basis of fuzzy-based decision-making process, Fuzzy supervisory control (FSC) technique exhibits better control performance than linear control technique with one static control gain. This paper demonstrates the effectiveness of the FSC technique by evaluating the robust performance of the FSC technique under the presence of uncertainties in the models and the excitations. Robust performance of the FSC system is compared with that of optimally designed LQG control system for the benchmark cable-stayed bridge presented by Dyke et al. Parameter studies on the robust performance evaluation are carried out by varying the stiffness of the bridge model as well as the magnitudes of several earthquakes with different frequency contents. From the comparative study of two control systems, FSC system shows the enhanced control performance against various magnitudes of several earthquakes while maintaining lower level of power required for controlling the bridge response. Especially, FSC system clearly guarantees the improved robust performance of the control system with stable reduction effects on the seismic responses and slight increases in total power and stroke for the control system, while LQG control system exhibits poor robust performance.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.6
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pp.33-39
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2002
Response Modification Factor(R-factor) approach is currently implemented to reflect inelastic ductile behavior of the structures and to reduce elastic spectral demands from earthquakes to the design level. However R factors were set empirically and simply based on the professional committee consensus on observed performance of building structures during past earthquakes. Consequently some major shortcomings linked to the current R factor approach have been pointed out. Using reinforced concrete intermediate moment-resisting frames(RC IMRFs), an analytical procedure is presented in this paper to establish R factor rationally. To this end, analytical R values were evaluated based on N2 Method and compared with the values recommended by IBC 2000. Overall, the analytical results correlated well with the code values. However the results also revealed that R factor might strongly depend on the system fundamental period. As evidenced by the interstory drift index(IDI) analysis results of this study, current R-factor based(or, Life Safety based) design tends to fail in fulfilling other implicit and hopeful performance objectives such as immediate Occupancy and Collapse Prevention. Performance based design(PBD) appears to be a promising approach to meet the multi level seismic performance objectives assigned to the building structures of nowadays.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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