Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.65-75
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2006
Nonlinear pushover analysis is used to evaluate the earthquake response of building structures. To accurately predict the inelastic response of a structure, the prescribed story load profile should be able to describe the earthquake force profile which actually occurs during the time-history response of the structure. In the present study, a new modal combination method was developed to predict the earthquake load profiles of building structures. In the proposed method, multiple story load profiles are predicted by combining the modal spectrum responses multiplied by the modal combination factors. Parametric studies were performed far moment-resisting frames and walls. Based on the results. the modal combination factors were determined according to the hierarchy of each mode affecting the dynamic responses of structures. The proposed modal combination method was applied to prototype buildings with and without vertical irregularity. The results showed that the proposed method predicts the actual story load profiles which occur during the time-history responses of the structures.
The magneto-rheological (MR) damper contributes to the new technology of structural vibration control. Its developments and applications have been paid significant attentions in earthquake engineering in recent years. Due to the shortages, however, inherent in deterministic control schemes where only several observed seismic accelerations are used as the trivial input and in classical stochastic optimal control theory with assumption of white noise process, the derived control policy cannot effectively accommodate the performance of randomly base-excited engineering structures. In this paper, the experimental and analytical studies on stochastic seismic response control of structures with specifically designed MR dampers are carried out. The random ground motion, as the base excitation posing upon the shaking table and the design load used for structural control system, is represented by the physically based stochastic ground motion model. Stochastic response analysis and reliability assessment of the tested structure are performed using the probability density evolution method and the theory of extreme value distribution. It is shown that the seismic response of the controlled structure with MR dampers gain a significant reduction compared with that of the uncontrolled structure, and the structural reliability is obviously strengthened as well.
Structural modification in the electrical cabinet is investigated by a proposed procedure that comprises of an experimental, analytical and numerical solution. This research emphasizes the linear dynamic analysis of the cabinet that is studied under the seismic excitation to demonstrate the real behavior of the cabinets in NPP. To this end, an actual electric cabinet is experimentally tested using an impact hammer test which reveals the fundamental parameters of the cabinet. The Frequency-domain decomposition (FDD) method is used to extract the dynamic properties of the cabinet from the experiment which is then used for numerical modeling. To validate the dynamic properties of the cabinet an analytical solution is suggested. The calibrated model is analyzed under the floor response obtained from the Connecticut nuclear power plant structure excited by Tabas 1978 (Mw 7.4) earthquake. Eventually, the grouping effect of the cabinets is proposed which represents the influence on the dynamic modification. This grouping of the cabinets is described more sophisticatedly by the theoretical understating, which results in a significant change in the seismic response. Considering the grouping effects will be helpful in the assessment of the real seismic behavior, design, and performance of cabinets.
Dynamic behaviour of a tunnel is one of the most important issues for the safety and it is generally subjected to the seismic response of the surrounding soil. Relative displacement occurred in tunnel lining during earthquake produces severe damage. Generally, it concentrates at the connecting area when two tunnels are connected in the ground. A flexible segment is a useful device for the mitigation of seismic loads on tunnel lining. In this study, 1-g shaking table tests are performed to investigate the acceleration response for the verification of the effect of flexible segment and to determine the optimum location of the flexible segment for connected tunnels. Four different seismic waves are considered; as a result, peak acceleration is reduced to 49% in case that flexible segment is implemented adjacent to connecting area. It also exhibited that the mitigation of acceleration response is verified in all seismic waves. Additionally, 3-dimensional numerical analysis is performed to compare and verify the results. And the numerical results show good agreement to those of the experimental study.
Seismic ground response evaluation is one of the main issues in geotechnical earthquake engineering. These analyses are subsequently divided into one-, two- and three-dimensional methods, and each of which can perform in time or frequency domain. In this study, a novel approach is proposed to assess the seismic site response using two-dimensional transfer functions in frequency domain analysis. Using the proposed formulation, a program is written in MATLAB environment and then promoted utilizing the equivalent linear approach. The accuracy of the written program is evaluated by comparing the obtained results with those of actual recorded data in the Gilroy region during Loma Prieta (1989) and Coyote Lake (1979) earthquakes. In order to precise comparison, acceleration time histories, Fourier amplitude spectra and acceleration response spectra diagrams of calculated and recorded data are presented. The proposed 2D transfer function diagrams are also obtained using mentioned earthquakes which show the amount of amplification or attenuation of the input motion at different frequencies while passing through the soil layer. The results of the proposed method confirm its accuracy and efficiency to evaluate ground motion during earthquakes using two-dimensional model. Then, studies on irregular topographies are carried out, and diagrams of amplification factors are shown.
In this study, a non-stationary random earthquake Clough-Penzien model is used to describe earthquake ground motion. Using stochastic direct integration in combination with an equivalent linear method, a solution is established to describe the non-stationary response of lead-rubber bearing (LRB) system to a stochastic earthquake. Two parameters are used to develop an optimization method for bearing design: the post-yielding stiffness and the normalized yield strength of the isolation bearing. Using the minimization of the maximum energy response level of the upper structure subjected to an earthquake as an objective function, and with the constraints that the bearing failure probability is no more than 5% and the second shape factor of the bearing is less than 5, a calculation method for the two optimal design parameters is presented. In this optimization process, the radial basis function (RBF) response surface was applied, instead of the implicit objective function and constraints, and a sequential quadratic programming (SQP) algorithm was used to solve the optimization problems. By considering the uncertainties of the structural parameters and seismic ground motion input parameters for the optimization of the bearing design, convex set models (such as the interval model and ellipsoidal model) are used to describe the uncertainty parameters. Subsequently, the optimal bearing design parameters were expanded at their median values into first-order Taylor series expansions, and then, the Lagrange multipliers method was used to determine the upper and lower boundaries of the parameters. Moreover, using a calculation example, the impacts of site soil parameters, such as input peak ground acceleration, bearing diameter and rubber shore hardness on the optimization parameters, are investigated.
Natural hazards like earthquakes, high winds, and tsunami are a threat all the time for multi-story structures. The environmental forces cannot be clogged but the structures can be prevented from these natural hazards by using protective systems. The structural control can be achieved by using protective systems like the passive, active, semi-active, and hybrid protective systems; but the semi-active protective system has gained importance because of its adaptability to the active systems and reliability of the passive systems. Therefore, a semi-active protective system for the earthquake forces has been adopted in this work. Magneto-Rheological (MR) damper is used in the structure as a semi-active protective system; which is connected to the current driver and proposed controller. The Proportional Integral Derivative (PID) controller and reliable PID controller are two proposed controllers, which will actuate the MR damper and the desired force is generated to mitigate the vibration of the structural response subjected to the earthquake. PID controller and reliable PID controller are designed and tuned using Ziegler-Nichols tuning technique along with the MR damper simulated in Simulink toolbox and MATLAB to obtain the reduced vibration in a three-story benchmark structure. The earthquake is considered to be uncertain; where the proposed control algorithm works well during the presence of earthquake; this paper considers robustness to provide satisfactory resilience against this uncertainty. In this work, two different earthquakes are considered like El-Centro and Northridge earthquakes for simulation with different controllers. In this paper performances of the structure with and without two controllers are compared and results are discussed.
Modern seismic codes rely on performance-based seismic design methodology which requires that the structures withstand inelastic deformation. Many studies have focused on the inelastic deformation ratio evaluation (ratio between the inelastic and elastic maximum lateral displacement demands) for various inelastic spectra. This paper investigates the inelastic response spectra through the ductility demand ${\mu}$, the yield strength reduction factor $R_y$, and the inelastic deformation ratio. They depend on the vibration period T, the post-to-preyield stiffness ratio ${\alpha}$, the peak ground acceleration (PGA), and the normalized yield strength coefficient ${\eta}$ (ratio of yield strength coefficient divided by the PGA). A new inelastic deformation ratio $C_{\eta}$ is defined; it is related to the capacity curve (pushover curve) through the coefficient (${\eta}$) and the ratio (${\alpha}$) that are used as control parameters. A set of 140 real ground motions is selected. The structures are bilinear inelastic single degree of freedom systems (SDOF). The sensitivity of the resulting inelastic deformation ratio mean values is discussed for different levels of normalized yield strength coefficient. The influence of vibration period T, post-to-preyield stiffness ratio ${\alpha}$, normalized yield strength coefficient ${\eta}$, earthquake magnitude, ruptures distance (i.e., to fault rupture) and site conditions is also investigated. A regression analysis leads to simplified expressions of this inelastic deformation ratio. These simplified equations estimate the inelastic deformation ratio for structures, which is a key parameter for design or evaluation. The results show that, for a given level of normalized yield strength coefficient, these inelastic displacement ratios become non sensitive to none of the rupture distance, the earthquake magnitude or the site class. Furthermore, they show that the post-to-preyield stiffness has a negligible effect on the inelastic deformation ratio if the normalized yield strength coefficient is greater than unity.
A new structure-vibration-control approach is proposed which uses a passive coupling element between two parallel structures to reduce the seismic response of a system due to earthquake excitation. Dynamic characteristics of the two coupled single-degree-freedom systems subject to stationary white-noise excitation are examined by means of statistical energy analysis (SEA) techniques. Optimal parameters of the passive coupling element such as damping and stiffness under different circumstances are determined with an emphasis on the influence of the structural parameters of the system on the optimal parameters and control effectiveness. Numerical results including the root mean square values of the response due to the filtered white-noise excitation and the time-histories of response to El Centro 1940 NS excitation are presented.
During earthquake, the motion of ground is affected significantly by source characteristics, source-to-site path properties and local site conditions. Due to the influence of local soil conditions different places experience distinctive amplitude of surface ground motion. Ground response analysis of a specific site utilizing the borehole information at different locations is done in present study. The ground motion with the highest peak ground acceleration for this site obtained from the ground response analysis is used in finite element soil-structure interaction analysis of multi-storey shear wall buildings with various positions of shear walls. The variation in seismic response of buildings and advantageous position of shear wall are determined. The study reveals that providing shear wall at the core of buildings at the specific site is advantageous among all shear wall configurations considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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