Hur, Jieun;Althoff, Eric;Sezen, Halil;Denning, Richard;Aldemir, Tunc
Nuclear Engineering and Technology
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제49권2호
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pp.387-394
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2017
Seismic probabilistic risk assessment (SPRA) requires a large number of simulations to evaluate the seismic vulnerability of structural and nonstructural components in nuclear power plants. The effect of structural modeling and analysis assumptions on dynamic analysis of 3D and simplified 2D stick models of auxiliary buildings and the attached nonstructural components is investigated. Dynamic characteristics and seismic performance of building models are also evaluated, as well as the computational accuracy of the models. The presented results provide a better understanding of the dynamic behavior and seismic performance of auxiliary buildings. The results also help to quantify the impact of uncertainties associated with modeling and analysis of simplified numerical models of structural and nonstructural components subjected to seismic shaking on the predicted seismic failure probabilities of these systems.
The development history, the current situation and the future of the performance-based seismic design of building structures in China are presented in this paper. Firstly, the evolution of performance-based seismic design of building structures specified in the Chinese codes for seismic design of buildings of the edition 1974, 1978, 1989, 2001 and 2010 are introduced and compared. Secondly, in two parts, this paper details the provisions of performance-based seismic design in different Chinese codes. The first part is about the "Code for Seismic Design of Buildings" (GB50011) (edition 1989, 2001 and 2010) and "Technical Specification for Concrete Structures of Tall Building", which presents the concepts and methods of performance-based seismic design adopted in Chinese codes; The second part is about "Management Provisions for Seismic Design of Outof-codes High-rise Building Structures" and "Guidelines for Seismic Design of Out-of-codes High-rise Building Structures", which concludes the performance-based seismic design requirements for high-rise building structures over the relevant codes in China. Finally, according to those mentioned above, this paper pointed out the imperfections of current performance-based seismic design in China and proposed the possible direction for further improvement.
This article presents a proposed analytical methodology to determine seismic force-resisting system R-values for steel diagrid framed systems. As current model building codes do not explicitly address the seismic design performance factors for this new and emerging structural system, the purpose of this study is to provide a sound and reliable basis for defining such seismic design parameters. An approach and methodology for the reliable determination of seismic performance factors for use in the design of steel diagrid framed structural systems is proposed. The recommended methodology is based on current state-of-the-art and state-of-the practice methods including structural nonlinear dynamic analysis techniques, testing data requirements, building code design procedures and earthquake ground motion characterization. In determining appropriate seismic performance factors (R, ${\Omega}_O$, $C_d$) for new archetypical building structural systems, the methodology defines acceptably low values of probability against collapse under maximum considered earthquake ground shaking.
Nowadays, many engineers believe that hybrid structures with reinforced concrete central core walls and perimeter steel frames offer an economical method to develop the strength and stiffness required for seismic design. As a result, a variety of such structures have recently been applied in actual construction. However, the performance-based seismic design of such structures has not been investigated systematically. In the performance-based seismic design, quantifying the seismic damage of complete structures by damage indices is one of the fundamental issues. Four damage states and the final softening index at each state for high-rise hybrid structures are suggested firstly in this paper. Based on nonlinear dynamic analysis, the relation of the maximum inter-story drift, the main structural characteristics, and the final softening index is obtained. At the same time, the relation between the maximum inter-story drift and the maximum roof displacement over the height is also acquired. A double-variable index accounting for maximum deformation and cumulative energy is put forward based on the pushover analysis. Finally, a case study is conducted on a high-rise hybrid structure model tested on shaking table before to verify the suggested quantities of damage indices.
Design codes provide the minimum requirements for the design of code-compliant structures to ensure the safety of the life and property. As for code-exceeding buildings, the requirements for design are not sufficient and the approval of such structures is vague. In mainland China in recent years, a large number of code-exceeding tall buildings, whether their heights exceed the limit for the respective structure type or the extent of irregularity is violated, have been constructed. Performance-based seismic design (PBSD) approach has been highly recommended and become necessary to demonstrate the performance of code-exceeding tall buildings at least equivalent to code intent of safety. This paper proposes the general methodologies of performance-based seismic analysis and design of code-exceeding tall buildings in Mainland China. The PBSD approach proposed here includes selection of performance objectives, determination of design philosophy, establishment of design criteria for structural components and systems consistent with the desirable and transparent performance objectives, and seismic performance analysis and evaluation through extensive numerical analysis or further experimental study if necessary. The seismic analysis and design of 101-story Shanghai World Financial Center Tower is introduced as a typical engineering example where the PBSD approach is followed. The example demonstrates that the PBSD approach is an appropriate way to control efficiently the seismic damage on the structure and ensure the predictable and safe performance.
Han, Qiang;Zhou, Yulong;Du, Xiuli;Huang, Chao;Lee, George C.
Earthquakes and Structures
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제7권3호
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pp.251-269
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2014
To investigate the seismic performance and to obtain quantitative parameters for the requirement of performance-based bridge seismic design approach, 12 reinforced concrete (RC) hollow rectangular bridge column specimens were tested under constant axial load and cyclic bending. Parametric study is carried out on axial load ratio, aspect ratio, longitudinal reinforcement ratio and transverse reinforcement ratio. The damage states of these column specimens were related to engineering limit states to determine the quantitative criteria of performance-based bridge seismic design. The hysteretic behavior of bridge column specimens was simulated based on the fiber model in OpenSees program and the results of the force-displacement hysteretic curves were well agreed with the experimental results. The damage states of residual cracking, cover spalling, and core crushing could be well related to engineering limit states, such as longitudinal tensile strains of reinforcement or compressive strains of concrete, etc. using cumulative probability curves. The ductility coefficient varying from 3.71 to 8.29, and the equivalent viscous damping ratio varying from 0.19 to 0.31 could meet the requirements of seismic design.
The uncertainties involved in structural performances are of importance when the optimum number and property of seismic retrofit devices are determined. This paper proposes a seismic retrofit design framework for asymmetric soft-first-story buildings, considering uncertainties in the soil condition and seismic retrofit device. The effect of the uncertain parameters on the structural performance is used to find a robust and optimal seismic retrofit solution. The framework finds a robust and optimal seismic retrofit solution by finding the optimal locations and mechanical properties of the seismic retrofit device for different realizations of the uncertain parameters. The structural performance for each realization is computed to evaluate the effect of the uncertainty parameters on the seismic performance. The framework utilizes parallel processing to decrease the computationally intensive nonlinear dynamic analysis time. The framework returns a robust design solution that satisfies the given limit state for every realization of the uncertain parameters. The proposed framework is applied to the seismic retrofit design of a five-story asymmetric soft-first-story case study structure retrofitted with a viscoelastic damper. Robust optimal parameters for retrofitting a structure to satisfy the limit state for the different realizations of the uncertain parameter are found using the proposed framework. According to the performance evaluation results of the retrofitted structure, the developed framework is proved effective in the seismic retrofit of the asymmetric structure with inherent uncertainties.
Sy, Jose A.;Anwar, Naveed;HtutAung, Thaung;Rayamajhi, Deepak
국제초고층학회논문집
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제1권3호
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pp.203-209
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2012
The purpose of this paper is to present the state of practice being used in the Philippines for the performance-based seismic design of reinforced concrete tall buildings. Initially, the overall methodology follows "An Alternative Procedure for Seismic Analysis and Design of Tall Buildings Located in the Los Angeles Region, 2008", which was developed by Los Angeles Tall Buildings Structural Design Council. After 2010, the design procedure follows "Tall Buildings Initiative, Guidelines for Performance-Based Seismic Design of Tall Buildings, 2010" developed by Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER). After the completion of preliminary design in accordance with code-based design procedures, the performance of the building is checked for serviceable behaviour for frequent earthquakes (50% probability of exceedance in 30 years, i.e,, with 43-year return period) and very low probability of collapse under extremely rare earthquakes (2% of probability of exceedance in 50 years, i.e., 2475-year return period). In the analysis, finite element models with various complexity and refinements are used in different types of analyses using, linear-static, multi-mode pushover, and nonlinear-dynamic analyses, as appropriate. Site-specific seismic input ground motions are used to check the level of performance under the potential hazard, which is likely to be experienced. Sample project conducted using performance-based seismic design procedures is also briefly presented.
Aiming at studying the plastic hinge (PH) evolution regularities and failure mode of rocking wall moment frame (RWMF) structure in earthquakes, the whole-working history analysis of seismic performance state of RWMF structure based on co-operation performance and PH evolution was carried out. Building upon the theoretical analysis of the elastic internal forces and deformations of RWMF structures, nonlinear finite element analysis (FEA) methods were employed to perform both Pushover analysis and seismic response time history analysis under different seismic coefficients (δ). The relationships among PH occurrence ratios (Rph), inter-story drifts and δ were established. Based on the plotted curve of the seismic performance states, evaluation limits for the Rph and inter-story drifts were provided for different performance states of RWMF structures. The results indicate that the Rph of RWMF structures exhibits a nonlinear evolution trend of "fast at first, then slow" with the increasing of δ. The general pattern is characterized by the initial development of beam hinges in the middle stories, followed by the development towards the top and bottom stories until the beam hinges are fully formed. Subsequently, the development of column hinges shifts from the bottom and top stories towards the middle stories of the structure, ultimately leading to the loss of seismic lateral capacity with a failure mode of partial beam yield, demonstrating a global yielding pattern. Moreover, the limits for the Rph and inter-story drifts effectively evaluate the five different performance states of RWMF structures.
This paper takes a half-through steel truss arch bridge as an example. A seismic analysis is conducted with nonlinear finite element method. Contrast models are established to discuss the effect of simplified method for main girder on the accuracy of the result. The influence of seismic wave direction and wave-passage on seismic behaviors are analysed as well as the superstructure and arch ring interaction which is mostly related with the supported bearings and wind resistant springs. In the end, the application of cable-sliding aseismic devices is discussed to put forward a layout principle. The main conclusions include: (1) The seismic response isn't too distinctive with the simplified method of main girder. Generally speaking, the grillage method is recommended. (2) Under seismic input from different directions, arch foot is usually the mostly dangerous section. (3) Vertical wave input and horizontal wave-passage greatly influence the seismic responses of arch ring, significantly increasing that of midspan. (4) The superstructure interaction has an obvious impact on the seismic performance. Half-through arch bridges with long spandrel columns fixed has a less response than those with short ones fixed. And a large stiffness of wind resistant spring makes the the seismic responses of arch ring larger. (5) A good isolation effectiveness for half-through arch bridge can be achieved by a reasonable arrangement of CSFABs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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