Lu Deng;Min Zhu;Michael C.H. Yam;Ke Ke;Zhongfa Zhou;Zhonghua Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.589-605
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2023
This paper investigates the ductility demands of steel frames equipped with self-centring fuses under near-fault earthquake motions considering multiple yielding stages. The study is commenced by verifying a trilinear self-centring hysteretic model accounting for multiple yielding stages of steel frames equipped with self-centring fuses. Then, the seismic response of single-degree-of-freedom (SDOF) systems following the validated trilinear self-centring hysteretic law is examined by a parametric study using a near-fault earthquake ground motion database composed of 200 earthquake records as input excitations. Based on a statistical investigation of more than fifty-two (52) million inelastic spectral analyses, the effect of the post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio on the mean ductility demand of the system is examined in detail. The analysis results indicate that the increase of post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio reduces the ductility demands of the self-centring oscillators responding in multiple yielding stages. A set of empirical expressions for quantifying the ductility demands of trilinear self-centring hysteretic oscillators are developed using nonlinear regression analysis of the analysis result database. The proposed regression model may offer a practical tool for designers to estimate the ductility demand of a low-to-medium rise self-centring steel frame equipped with self-centring fuses progressing in the ultimate stage under near-fault earthquake motions in design and evaluation.
Kim, Hyoung-Soo;Min, Dong-Ju;Kim, Jung-Yul;Ha, Ik-Soo;Oh, Suk-Hoon
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.384-391
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2005
Three dimensional finite difference elastic wave model was developed to estimate the feasibility of surface wave applications in geotechnical problems. The wave motions calculated by the developed program in this study shows good agreement with well known analytic solutions. The surface wave motions calculated from layered dam type structure can be interpreted as a infinite layer structure using dispersion curve but it is need a special source of which high energy in frequency band lower than 10 Hz to get information of physical properties in few tens meter deep. The source which has high energy in the low frequency band, however, can give defect on dam and this will make some limitation in real field applications. The dispersion curves calculated from the surface wave motion of homogeneous and center core type dam models will give rise to fatal errors if the conventional infinite layer structure used in their interpretation because the surrounding materials and boundaries of dam make some distortion in dispersion curve of surface wave. So it is strongly recommended to use three dimensional inversion model for correct interpretation and estimation of physical properties of dam materials.
Rodgers, Geoffrey W.;Chase, J. Geoffrey;Corman, Sylvain
Smart Structures and Systems
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v.19
no.5
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pp.487-497
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2017
Semi-active devices use the building's own motion to produce resistive forces and are thus strictly dissipative and require little power. Devices that independently control the binary open/closed valve state can enable novel device hysteresis loops that were not previously possible. However, some device hysteresis loops cannot be obtained without active analog valve control allowing slower, controlled release of stored energy, and is presents an ongoing limitation in obtaining the full range of possibilities offered by these devices. This in silico study develops a proportional-derivative feedback control law using a validated nonlinear device model to track an ideal diamond-shaped force-displacement response profile using active analog valve control. It is validated by comparison to the ideal shape for both sinusoidal and random seismic input motions. Structural application specific spectral analysis compares the performance for the non-linear, actively controlled case to those obtained with an ideal, linear model to validate that the potential performance will be retained when considering realistic nonlinear behaviour and the designed valve control approach. Results show tracking of the device force-displacement loop to within 3-5% of the desired ideal curve. Valve delay, rather than control law design, is the primary limiting factor, and analysis indicates a ratio of valve delay to structural period must be 1/10 or smaller to ensure adequate tracking, relating valve performance to structural period and overall device performance under control. Overall, the results show that active analog feedback control of energy release in these devices can significantly increase the range of resetable, valve-controlled semi-active device performance and hysteresis loops, in turn increasing their performance envelop and application space.
The horizontal and vertical response spectra using the observed ground motion from the recent 5 macro earthquakes were analysed and then were compared to both the seismic design response spectra(Reg Guide 1.60), applied to the domestic nuclear power plants, and the Korean Standard Design Response Spectrum for general structures and buildings(1997). 74 horizontal and 89 vertical observed ground motions, without considering soil types, were used for normalization with respect to the peak acceleration value of each ground motion. The results showed that the horizontal MPOSD(Mean Plus One Sigma Standard Deviation) response spectra revealed much higher values for the whole frequency bands above 1 Hz than Reg. Guide(1.60). For the vertical response spectra, the results showed slightly higher than just between 7 and 8 Hz frequency band. The results were also compared to the Korean Standard Response Spectrum for the 3 different soil types and showed that the horizontal MPOSD response spectra revealed much higher values for the whole periods below 2 second(0.5 Hz) than those of SE soil type. The vertical response spectra showed similar to the values of the Korean Standard Response Spectrum of SD soil type. These spectral values dependent on frequency could be related to characteristics of the domestic crustal attenuation and the effect of each site amplification. However, through the qualitative improvements and quantitative enhancement of the observed ground motions, the conservation of horizontal seismic design response spectrum should be considered more significantly for the whole frequency bands above the 1 Hz.
The vertical response spectra using the observed ground motions from the recent more than 30 macro earthquakes were analysed and then were compared both to the seismic design response spectra (Reg Guide 1.60), applied to the domestic nuclear power plants, and to the Korean Standard Design Response Spectrum for general structures and buildings (1997). 176 vertical ground motions, without considering soil types, were used for normalization with respect to the peak acceleration value of each ground motion. The results showed that response spectrum had strong dependency on epicentral distance. The results also showed that the vertical response spectra revealed much higher values for frequency bands above 5~7 Hz than Reg. Guide (1.60). The results were also compared to the Korean Standard Response Spectrum for the 3 different soil types and showed that the vertical response spectra revealed much higher values for the frequency bands below 0.2 second (5 Hz) than the Korean Standard Response Spectrum (SD soil condition). These frequency-dependent spectral values could be related to the characteristics of the domestic crustal attenuation and the effect of each site amplification. However, through the qualitative improvements and quantitative enhancement of the observed ground motions, the conservation of vertical seismic design response spectrum should be considered more significantly for the frequency bands above 5 Hz.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.2
s.48
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pp.51-62
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2006
In the companion paper (I-Problem Statements of the Current Seismic Design Code), the current Korean seismic design code is required to be modified considering site characteristics in Korea for the reliable estimation of site amplification. In this paper, three site classification methods based on the mean shear wave velocity of the top 30m $V_{S30}$, fundamental site periods $(T_G)$ and bedrock depth were investigated and compared with each other to determine the best classification system. Not enough of a difference in the standard deviation of site coefficients $(F_a\;and\;F_v)$ to determine the best system, and neither is the difference between the average spectral accelerations and the design response spectrum of each system. However, the amplification range of RRS values based on $T_G$ were definitely concentrated on a narrow band than other classification system. It means that sites which have a similar behavior during earthquake will be classified as the same site category at the site classification system based on $T_G$. The regression curves between site coefficients and $T_G$ described the effect of soil non linearity well as the rock shaking intensity increases than the current method based on $V_{S30}$. Furthermore, it is unambiguous to determine sue category based on $T_G$ when the site investigation is performed to shallower depth less than 30m, whereas the current $V_{S30}$ is usually calculated fallaciously by extrapolating the $V_s$ of bedrock to 30m. From the results of this study, new site classification system based on $T_G$ was recommended for legions of shallow bedrock depth in Korea.
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.
The horizontal response spectra using the observed ground motions from the recent more than 19 macro earthquakes were analysed and then were compared to both the seismic design response spectra (Reg Guide 1.60), applied to the domestic nuclear power plants, and the Korean Standard Design Response Spectrum for general structures and buildings (1997). 130 horizontal ground motions, without considering soil types, were used for normalization with respect to the peak acceleration value of each ground motion. The results showed that response spectrum have strong dependency on epicentral distance. The results also showed that the horizontal response spectra revealed much higher values for frequency bands above 5 Hz than Reg. Guide (1.60). The results were also compared to the Korean Standard Response Spectrum for the 3 different soil types and showed that the vertical response spectra revealed much higher values for the frequency bands below 0.3 second than the Korean Standard Response Spectrum (SD soil condition). These spectral values dependent on frequency could be related to characteristics of the domestic crustal attenuation and the effect of each site amplification. However, through the qualitative improvements and quantitative enhancement of the observed ground motions, the conservation of horizontal seismic design response spectrum should be considered more significantly for the frequency bands above 5 Hz.
Kim, Sang Min;Yoon, Sang Hyun;Ju, Sungha;Heo, Joon
Ecology and Resilient Infrastructure
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v.5
no.2
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pp.59-71
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2018
Lake Enriquillo, the largest lake in the Dominican Republic, recently has undergone unusual water area changes since 2001 thus it has been affected seriously by local community's livelihood. Earthquakes and seismic activities of Hispaniola plate tectonic coupled with human activities and climate change are addressed as factors causing the increasing. Thus, a thorough study on relationship between lake area changing, and those factors is needed urgently. To do so, this study applied MESMA on MODIS data to extract water area of Lake Enriquillo during 2001 and 2012 bimonthly, with six issues 12-year. MODIS provides high temporal resolution, and its coarse spatial resolution is compensated by MESMA fraction map. The increase in water area was $142.2km^2$, and the maximum lake area was $338.0km^2$ (in 2012). Water areas extracted by two Landsat scenes at two different times with three image classification approaches (ISODATA, MNDWI, and TCW) were used to assess accuracy of MODIS and MESMA results; it indicated that MESMA water areas are same as ISODATA's, less than 0.4%, while the highest difference is between MESMA and TCW, 2.4%. A number of previously formulated hypotheses of lake area change were investigated based on the outcomes of the present study, though none of them could fully explain the changes.
This study aimed to investigate the random vibration characteristic of train-slab track-bridge interaction system subjected to both track irregularities and earthquakes by use of pseudo-excitation method (PEM). Each vehicle subsystem was modeled by multibody dynamics. A three-dimensional rail-slab- girder-pier finite element model was created to simulate slab track and bridge subsystem. The equations of motion for the entire system were established based on the constraint condition of no jump between wheel and rail. The random load vectors of equations of motion were formulated by transforming track irregularities and seismic accelerations into a series of deterministic pseudo-excitations according to their respective power spectral density (PSD) functions by means of PEM. The time-dependent PSDs of random vibration responses of the system were obtained by step-by-step integration method, and the corresponding extreme values were estimated based on the first-passage failure criterion. As a case study, an ICE3 high-speed train passing a fifteen-span simply supported girder bridge simultaneously excited by track irregularities and earthquakes is presented. The evaluated extreme values and the PSD characteristic of the random vibration responses of bridge and train are analyzed, and the influences of train speed and track irregularities (without earthquakes) on the random vibration characteristic of bridge and train are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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