In this study, the seismic response analysis of embankment dams was investigated through numerical modeling. The seismic behavior of dams under main earthquake records and wavelet-based records were studied. Earthquake records were decomposed using de-noising method (DNM) and down-sampling method (DSM) up to five levels. In decomposition process, low and high frequencies of the main earthquake record were separated into two signals. Acceleration response, spectral acceleration, and Fourier amplitude spectrum at the crest of embankment dams under different decomposition levels were evaluated. The seismic behavior under main and decomposed earthquake records was compared. The results indicate an acceptable agreement between the seismic responses of embankment dams under wavelet-based decomposed records and main earthquake motions. Dynamic analyses show that the DNM-based decomposed earthquake records have a better performance compared to DSM-based records. DNM-based records up to level 4 and DSM-based records up to level 2 have a high accuracy in assessment of seismic behavior of embankment dams. The periods corresponding to the maximum values of acceleration spectra and the frequencies corresponding to the maximum values of Fourier amplitude spectra of embankment dam crest under main and decomposed records are in good agreement. The results demonstrate that the main earthquake records can be replaced by wavelet-based decomposed records in seismic analysis of embankment dams.
Ravanshadnia, Hamidreza;Shakib, Hamzeh;Ansari, Mokhtar;Safiey, Amir
Earthquakes and Structures
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v.22
no.6
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pp.561-570
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2022
It is of great importance to be able to evaluate different structural systems not only based on their seismic performance but also considering their lifetime service costs. Many structural systems exist that can meet the engineering requirements for different performance levels; therefore, these systems shall be selected based on their economic costs over time. In this paper, two structural systems, including special steel moment-resisting and the ordinary concentric braced frames, are considered, which are designed to meet the three performance levels: Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS), Collapse Prevention (CP). The seismic behavior of these two systems is studied under three strong ground motions (i.e., Tabas, Bam, Kajour earthquake records) using the Perform3D package, and the incurred damages to the studied systems are examined at two hazard levels. Economic analyses were performed to determine the most economical structural system to meet the specified performance level requirements, considering the initial cost and costs associated with damages of an earthquake that occurred during their lifetime. In essence, the economic lifetime study results show that the special moment-resisting frames at IO and LS performance levels are at least 20% more economical than braced frames. The result of the study for these building systems with different heights designed for different performance levels also shows it is more economical from the perspective of long-term ownership of the property to design for higher performance levels even though the initial construction cost is higher.
This study is an effort to clearly recognize the seismic damages occurred in strap-braced cold formed steel frames. In order to serve this purpose, a detailed investigation was conducted on 9 full scale strap-braced CFS walls and the required data were derived from the results of the experiments. As a consequence, quantitative and qualitative damage indices have been proposed in three seismic performance levels. Moreover, in order to assess seismic performance of the strap-braced CFS frames, a total of 8 models categorized into three types are utilized. Based on the experimental results, structural characteristics are calculated and all frames have been modeled as single degree of freedom systems. Incremental dynamic analysis using OPENSEES software is utilized to calculate seismic demand of the strap-braced CFS walls. Finally, fragility curves are calculated based on three damage limit states proposed by this paper. The results showed that the use of cladding and other elements, which contribute positively to the lateral stiffness and strength, increase the efficiency of strap-braced CFS walls in seismic events.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.5
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pp.88-97
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2012
The objective of this research is to investigate the seismic performance and flexure-shear behavior of square reinforced concrete bridge piers with solid and hollow cross section. Test specimens were nonseismically designed with the aspect ratio 4.5 Two reinforced concrete columns were tested under constant axial load while subjected to lateral load reversals with increasing drift levels. Longitudinal steel ratio was 2.217 percent. The transverse reinforcement ratio As/($s{\cdot}h$), corresponding to 58 percent of the minimum lateral reinforcement required by Korean Bridge Design Specifications for seismic detailing, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by limited ductility concept. This study are to provide quantitative reference data for the limited ductility design concept and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, collapse, etc. Failure behavior, ultimate displacement/drift ratio, displacement ductility, response modification factor, equivalent viscous damping ratio, residual deformation, effective stiffness, plastic hinge length, strain of reinforcements and nonlinear analysis are investigated and discussed in this paper.
This paper presents a numerical investigation on the seismic behavior of isolated bridges with supplemental viscous damping. Usually very large displacements make seismic isolation an unfeasible solution due to boundary conditions, especially in case of existing bridges or high risk seismic regions. First, a suggested optimal design procedure is introduced, then seismic performance of three real bridges with different isolation systems and damping levels is investigated. Each bridge is studied in four different configurations: simply supported (SSB), isolated with 10% damping (IB), isolated with 30% damping (LRB) and isolated with optimal supplemental damping ratio (IDB). Two of the case studies are investigated under spectrum compatible far-field ground motions, while the third one is subjected to near-fault strong motions. With respect to different design strategies proposed by other authors, results of the analysis demonstrated that an isolated bridge equipped with HDLRBs and a total equivalent damping ratio of 70% represents a very effective design solution. Thanks to confirmed effective performance in terms of base shear mitigation and displacement reduction under both far field and near fault ground motions, as well as for both simply supported and continuous bridges, the suggested control system provides robustness and reliability in terms of seismic performance also resulting cost effective.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.345-352
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2001
Recent destructive seismic events demonstrated the importance of mitigating human casualties and serious property damages in design and construction of structures. The Korean Bridge Design Specifications (1992) adopted seismic design requirements based on the AASHTO specification, and minor modification was made in 2000. The longitudinal steel connection of reinforced concrete bridge column is sometimes practically unavoidable. The longitudinal reinforcement details affect seisimc performance such as flexural failure and shear failure. This research aims to develop longitudinal steel connection details with confinement steel by experimental study for seismic performance of reinforced concrete bridge columns. Quasi-static test under three different axial load levels was conducted for 12 spiral column specimens. All the column specimens had the same aspect ratio of 3.5. The column specimens were transversely reinforced with spiral and with five different longitudinal steel connection. The final objective of this study is to suggest appropriate longitudinal reinforcement connection details for the limited ductility design concept and improve construction quality.
The seismic performance and failure modes of the dual system of moment resisting frames and thin steel plate shear walls (TSPSWs) without and with one or two outrigger trusses are studied in this paper. These structural systems were utilized to resist vertical and lateral loads of 40-storey buildings. Detailed Finite element models associated with nonlinear time history analyses were used to examine seismic capacity and plastic mechanism of the buildings. The analyses were performed under increased levels of earthquake intensities. The models with one and two outriggers showed good performance during the maximum considered earthquake (MCE), while the stress of TSPSWs in the model without outrigger reached its ultimate value under this earthquake. The best seismic capacity was in favour of the model with two outriggers, where it is found that increasing the number of outriggers not only gives more reduction in lateral displacement but also reduces stress concentration on thin steel plate shear walls at outrigger floors, which caused the early failure of TSPSWs in model with one outrigger.
The probability and the reliability-based seismic performance evaluation procedure proposed in the FEMA-355F was applied to a reinforced concrete moment frame building in this study. For the FEMA procedure, which was originally developed for steel moment frame structures, to be applied to other structural systems, the capacity should be re-defined and the factors reflecting the uncertainties related to capacity and demand need to be determined. To perform the evaluation procedure a prototype building was designed per IBC 2003, and inelastic dynamic analyses were conducted applying site-specific ground motions to determine the parameters for performance evaluation. According to the analysis results, distribution of the determined capacities turned out to be relatively smaller than that of the demands, which showed that the defined capacity was reasonable. It was also shown that the prototype building satisfied the target performance since the determined confidence levels exceeded the objectives for both local and global collapses.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.173-181
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2006
Many isolated bridges are designed and constructed after the introduction of the seismic design. However those bridges designed in engineering fields have unnecessarily high serviceability limit and brittle failure mechanism, which do not satisfy the seismic design concept. Such design results are due to the excessive substructure stiffness of the conventional design method as well as the misunderstanding of the seismic design method. In this study an isolated bridge designed with the conventional design method is selected and the same bridge with steel bearings is modelled for the comparative seismic design. From the comparison, the seismic design procedures satisfying the required performance levels are provided for the two bridges. It is confirmed that the isolated bridge requires more complicated design procedure with trial and error methods and reanalyses but provides higher serviceability limit compared to the bridge with steel bearings. However, because the required serviceability limit can also be obtained by adjusting substructure stiffness, it is a resonable seismic design process that an isolated bridge is to be considered as an alternative design when the ductile failure mechanism is not obtained with a bridge with steel bearings.
Seismic design method based on bearing capacity has been widely adopted in building codes around the world, however, damage and collapse state of structure under strong earthquake can not be reflected accurately. This paper aims to present a deformation-based seismic design method based on the research of RC component deformation index limit, which combines with the feature of Chinese building codes. In the proposed method, building performance is divided into five levels and components are classified into three types according to their importance. Five specific design approaches, namely, "Elastic Design", "Unyielding Design", "Limit Design", "Minimum Section Design" and "Deformation Assessment", are defined and used in different scenarios to prove whether the seismic performance objectives are attained. For the components which exhibit ductile failure, deformation of components under strong earthquake are obtained quantitatively in order to identify the damage state of the components. For the components which present brittle shear failure, their performance is guaranteed by bearing capacity. As a case study, seismic design of an extremely irregular twin-tower high rise building was carried out according to the proposed method. The results evidenced that the damage and anti-collapse ability of structure were estimated and controlled by both deformation and bearing capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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