Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1989.04a
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pp.22-27
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1989
This paper presents a study of soil-structure interaction problems using infinite elements. The infinite elements are formulated for homogeneous and layered soil media, based on approximate expressions for three components of propagating waves, namely Rayleigh, compressive and shear waves. The integration scheme which was proposed for problems with single wave component by Zienkiewicz is expanded to the multi-wave problem. Verifications are carried out on rigid circular footings which are placed on and embedded in elastic half space. Numerical analysis is performed for a containment structure of a nuclear power plant subjected seismic excitation.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.04a
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pp.29-33
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1991
This paper reports the application study of the ground reinforement under a buried pipeline subjected to differential settlement via a finite element modelling. The Soil-reinforrement interaction helps to mimimize the differential settlement between the adjoining pipe segments. The settlement pattern and deformation slope of a pipeline have been evaluated for a boundary condition at the joint between a rigid structure and apipeline. The analysis results are compared for both non-reinforied and reinforced cases to measure the effectiveness of the soil reinforcement for restraining the settlement of the pipeline.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1997.04a
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pp.257-264
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1997
Seismic responses of the Hualien large scale seismic test model on a layered soil site are estimated for two recorded earthquakes and the analysis results are then compared and evaluated with the recorded responses. The method adopted for the analysis is based on substructuring method using a lumped parameter model in both the frequency and time domain. the study results indicate that the proposed method can reasonably estimate the earthquake responses of a soil-structure interaction system for engineering purposes.
Piles passing through sloping liquefiable deposits are prone to lateral loading if these deposits liquefy and flow during earthquakes. These lateral loads caused by the relative soil-pile movement will induce bending in the piles and may result in failure of the piles or excessive pile-head displacement. Whilst the weak nature of the flowing liquefied soil would suggest that only small loads would be exerted on the piles, it is known from case histories that piles do fail owing to the influence of laterally spreading soils. It will be shown, based on dynamic centrifuge test data, that dilatant behaviour of soil close to the pile is the major cause of these considerable transient lateral loads which are transferred to the pile. This paper reports the results of geotechnical centrifuge tests in which models of gently sloping liquefiable sand with pile foundations passing through them were subjected to earthquake excitation. The soil close to the pile was instrumented with pore-pressure transducers and contact stress cells in order to monitor the interaction between soil and pile and to track the soil stress state both upslope and downslope of the pile. The presence of instrumentation measuring pore-pressure and lateral stress close to the pile in the research described in this paper gives the opportunity to better study the soil stress state close to the pile and to compare the loads measured as being applied to the piles by the laterally spreading soils with those suggested by the JRA design code. This test data shows that lateral stresses much greater than one might expect from calculations based on the residual strength of liquefied soil may be applied to piles in flowing liquefied slopes owing to the dilative behaviour of the liquefied soil. It is shown at least for the particular geometry studied that the current JRA design code can be un-conservative by a factor of three for these dilation-affected transient lateral loads.
One of the important causes of building and infrastructure failure, such as bridges on pile foundations, is the placement of the piles in liquefiable soil that can become unstable under seismic loads. Therefore, the overarching aim of this study is to investigate the seismic behavior of a soil-pile system in liquefiable soil using three-dimensional numerical FEM analysis, including soil-pile interaction. Effective parameters on concrete pile response, involving the pile diameter, pile length, soil type, and base acceleration, were considered in the framework of finite element non-linear dynamic analysis. The constitutive model of soil was considered as elasto-plastic kinematic-isotropic hardening. First, the finite element model was verified by comparing the variations on the pile response with the measured data from the centrifuge tests, and there was a strong agreement between the numerical and experimental results. Totally 64 non-linear time-history analyses were conducted, and the responses were investigated in terms of the lateral displacement of the pile, the effect of the base acceleration in the pile behavior, the bending moment distribution in the pile body, and the pore pressure. The numerical analysis results demonstrated that the relationship between the pile lateral displacement and the maximum base acceleration is non-linear. Furthermore, increasing the pile diameter results in an increase in the passive pressure of the soil. Also, piles with small and big diameters are subjected to yielding under bending and shear states, respectively. It is concluded that an effective stress-based ground response analysis should be conducted when there is a liquefaction condition in order to determine the maximum bending moment and shear force generated within the pile.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.6
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pp.245-255
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2013
According to natural frequency of soil, characteristics of earthquake responses of an isolated containment building in nuclear power plants are examined. For this, earthquake response analysis of seismically isolated containment buildings in nuclear power plants is carried out by strictly considering soil-structure interactions. The structure and near-field soil are modeled by the finite element method while far-field soil by consistent transmitting boundary. The equation of motion of a soil-structure interaction system under incident seismic wave is derived. The derived equations of motion are solved to carry out earthquake analysis of a seismically isolated soil-structure system. Generally, the results of this analysis show that seismic isolation significantly reduces the responses of the soil-structure system. However, if the natural frequency of the soil is similar to that of the soil-structure system, the responses of the containment buildings in nuclear power plants rather increases due to interactions in the system.
Previous studies have shown that pile-soil interactions have significant influences on the isolation efficiency of an isolated structure. However, most of the existing tests were carried out using a 1-g shaking table, which cannot reproduce the soil stresses resulting in distortion of the simulated pile-soil interactions. In this study, a centrifuge shaking table modelling of the seismic responses of a friction pendulum bearing isolated structure with a pile foundation under earthquakes were conducted. The pile foundation structure was designed and constructed with a scale factor of 1:100. Two layers of the foundation soil, i.e., the bottom layer was made of plaster and the upper layer was normal soil, were carefully prepared to meet the similitude requirement. Seismic responses, including strains, displacement, acceleration, and soil pressure were collected. The settlement of the soil, sliding of the isolator, dynamic amplification factor and bending moment of the piles were analysed to reveal the influence of the soil structure interaction on the seismic performance of the structure. It is found that the soil rotates significantly under earthquake motions and the peak rotation is about 0.021 degree under 24.0 g motions. The isolator cannot return to the initial position after the tests because of the unrecoverable deformation of the soil and the friction between the curved surface of the slider and the concave plate.
Inclined piles are commonly used in civil engineering constructions where significant lateral resistance is required. Many researchers proved their positive performance on the seismic behavior of the supported structure and the piles themselves. However, most of these numerical studies were done within the framework of linear elastic or elastoplastic soil behavior, neglecting therefore the soil non-linearity at low and moderate soil strains which is questionable and could be misleading in dynamic analysis. The main objective of this study is to examine the influence of the pile inclination on the seismic performance of the soil-pile-structure system when both the linear elastic and the nonlinear soil models are employed. Based on the comparative responses, the adequacy of the soil's linear elastic behavior will be therefore evaluated. The analysis is conducted by generating a three-dimensional finite difference model, where a full interaction between the soil, structure, and inclined piles is considered. The numerical survey proved that the pile inclination can have a significant impact on the internal forces generated by seismic activity, specifically on the bending moment and shear forces. The main disadvantages of using inclined piles in this system are the bending forces at the head and pile-to-head connection. It is crucial to account for soil nonlinearity to accurately assess the seismic response of the soil-pile-structure system.
Seo, Choon Gyo;Jang, Dong Hui;Jung, Du Ri;Chang, Soo Hyuk;Moon, Il Hwan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.6
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pp.333-343
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2018
In this paper, we study the existing results of the structure-soil-structure interaction (SSSI) effect on seismic responses of structures and summarize important parameters. The parameters considered in this study are a combination of buildings in the power block of a nuclear power plant, the characteristics of earthquake ground motions and its direction, and the characteristics embedded under the ground. Based on these parameters, the seismic analysis model of the structures in the power block of the nuclear power plant is developed and the structure-soil-structure interaction analyses are performed to analyze the influence of the parameters on the seismic response. For all analyses, the soil-structure interaction (SSI) analysis program CNU-KIESSI, which was developed to enable large-sized seismic analysis, is used. In addition, the SSI analyses is performed on individual structures and the results are compared with the SSSI analysis results. Finally, the influence of the parameters on the seismic response of the structure due to the SSSI effect is reviewed through comparison of the analysis results.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.427-434
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2000
This paper presents a computer program for a 2-D fluid-structure-soil interaction analysis. With this computer program the fluid can be modeled by a spurious free 4-node displacement-based fluid element which uses rotational penalty and mass projection technique in conjunction with the one point reduced integration scheme to remove the spurious zero energy modes. The structure and near field soil are discretized by the standard finite elements while the unbounded far field soil are discretized by the standard finite elements while the unbounded far field soil is represented by the frequency dependent dynamic infinite elements. Sine this method models directly the fluid-structure-soil system it can be applied to the dynamci analysis of 2-D liquid storage structure with complex geometry. For the purpose of verification dynamic analyses for tanks on a rigid foundation and on compliant embankment are carried out. Comparison of the present results with those by ANSYS program shows good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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