Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.91-99
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2001
This paper is for a reasonable selection of design response spectra for the seismic design of specific types of soil-structure interaction systems, e.g., underground structure within flexible soil profiles of structures on the shallow soil layers on the stiff bed rock. the existing backup data used for determining the design response spectra of the Code have been investigated and evaluated. For this purpose, various types of free field analyses have been performed using one-dimensional wave propagation theory considering the nonlinear properties of the soil profile. As a result, a reasonable approach of determining input response spectra for specific soil profiles has been proposed to be compatible to the design response spectra of the Code.
In order to accurately estimate the seismic behavior of buildings, it is important to consider both nonlinear characteristics of the buildings and the frequency dependency of the soil impedance. Therefore, transform methods of the soil impedance in the frequency domain to the impulse response in the time domain are needed because the nonlinear analysis can not be carried out in the frequency domain. The author has proposed practical transform methods. In this paper, seismic response analyses considering frequency dependent soil impedance in the time domain are shown. First, the formulation of the proposed transform methods is described. Then, the linear and nonlinear earthquake response analyses of a building on 2-layered soil were carried out using the transformed impulse responses. Through these analyses, the validity and efficiency of the methods were confirmed.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.10a
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pp.335-342
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1998
A soil-structure interaction (SSI) experiment is being conducted in a seismically active region in Hualien, Taiwan. To obtain earthquake data for quantifying SSI effects and providing a basis to benchmark analysis methods, a 1/4-th scale cylindrical concrete containment model similar in shape to that of a nuclear power plant containment was constructed in the field where both the containment model and its surrounding soil, surface and sub-surface, are extensively instrumented to record earthquake data. In between September 1993 and May 1996, fifteen earthquakes with Richter magnitudes ranging from 4.2 to 6.2 were recorded. The recorded data were analyzed to provide information on the response characteristics of the Hualien soil-structure system, the SSI effects and the ground motion characteristics. The ground response data were analyzed for their variations with depth, with distance from the model structure, and at the same depths along downhole arrays. Variations of soil stiffness and soil-structure system frequencies were also evaluated against maximum ground motion. In addition, the site soil properties were derived based on correlation analysis of the recorded data and then correlated with those from the geotechnical investigation data.
In this study, circular plates subjected to general type of loads and supported on a two-parameter elastic foundation are analysed. The stiffness, elastic bedding and soil shear effect matrices of a fully compatible ring sector plate element, developed by Saygun (1974), are obtained numerically assuming variable thickness of the element. Ring sector soil finite element is also defined to determine the deflection of the soil surface outside the domain of the plate in order to establish the interaction between the plate and the soil. According to Vallabhan and Das (1991) the elastic bedding (C) and shear parameters ($C_T$) of the foundation are expressed depending on the elastic constants ($E_s$, $V_s$) and the thickness of compressible soil layer ($H_s$) and they are calculated with a suitable iterative procedure. Using ring sector elements presented in this paper, permits the generalization of the loading and the boundary conditions of the soil outside the plate.
A circular tank foundation resting on the ground and subjected to axisymmetric horizontal and vertical loads and moments is analyzed using the variational principles of mechanics. The circular foundation is assumed to behave as a Kirchhoff plate with in-plane and transverse displacements. The soil beneath the foundation is assumed to be a multi-layered continuum in which the horizontal and vertical displacements are expressed as products of separable functions. The differential equations of plate and soil displacements are obtained by minimizing the total potential energy of the plate-soil system and are solved using the finite element and finite difference methods following an iterative algorithm. Comparisons with the results of equivalent two-dimensional finite element analysis and other researchers establish the accuracy of the method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.1
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pp.13-24
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2020
A systematic approach to assess the safety of corrugated steel plate structures has not been established yet. Therefore, an improved safety assessment procedure was proposed in this study by considering the characteristics of corrugated steel plate structures in which the dead load of backfill soil is dominant and the live load effect is minimized. The proposed procedure can consider the combined effect of axial force and bending moment on the safety, based on the Soil-Culvert Interaction (SCI) method, and can differentiate the maintenance scheme according to the calculated plasticity index. There is also an advantage in enhancing the accuracy of assessment, utilizing the measured displacements. Furthermore, improved methods were proposed by discussing various ways for reasonably improving the proposed assessment procedure. The safety of an actual structure and a full-scale test specimen was assessed by applying the proposed procedure. The conventional assessment procedure significantly overestimated the load-carrying capacity, whereas the proposed procedure resulted in a reasonable level of safety. Therefore, the procedure proposed in this study is expected to contribute to the establishment of proper maintenance plan such as the quantitative condition assessment and strengthening of corrugated steel plate structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.231-244
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2000
This paper presents a dynamic analysis technique for a 2-D soil-structure interaction problem in the frequency domain, which can directly be applied as an analysis tool for seismic response analyses of underground structures, tunnels, embankments, and so on. In this method, the structure and near-field soil is modeled by the standard finite elements, while the unbounded far-field soil is represented using the dynamic infinite elements in the frequency domain. The earthquake-input motion is regarded as traveling P and SV waves which are incident vertically from the far-field of underlying half-space to the near-field of layered medium. The equivalent earthquake forces are then calculated utilizing so-called fixed-exterior-boundary-method and the free-field responses including displacements and tractions. For the verification of the present study, seismic response analyses are carried out for a multi-layered half-space free-field soil medium and a cylindrical cavity embedded in a homogeneous half-space. Comparisons of the present results with solutions by other approaches indicate that the proposed methodology gives accurate estimates. Finally, an application example of seismic response analysis for a subway station is presented, which demonstrates the applicability of the present study.
In the seismic analysis of structures, where the dynamic soil-structure interaction (DSSI) is considred, earthquake input motions as well as dynamic soil properties are random in nature. To take into account the random nature of both the input motions and the dynamic soil properties systematically, a probabilistic analysis of the DSSI subjected to seismic loading is proposed in this paper, The complex response method formulized by the elastic half space theory, the random vibration theory, and the Rosenblueth's two-point estimate method are combined for the proposed probabilistic analysis. The conclusions drawn from this study are as follows ' 1) The uncertainty bands of the earthquake input motions proposed by Kanai-Tajimi as well as those of the dynamic properties are large the coefecients of variation of those parameters tinge from 0.4 to 0.6. 2) The uncertainties of the dynamic soil properties are more sensitive to the structural responses than those of the input motion parameters. 3) The effect of correlations between the input motion parameters and the dynamic soil properties is negligible.
Jimenez, Guillermo A. Lopez;Dias, Daniel;Jenck, Orianne
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.2
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pp.155-170
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2022
An accurate analysis of structures supported on soft soils and subjected to seismic loading requires the consideration of the soil-foundation-structure interaction. An important aspect of this interaction lies with the energy dissipation due to soil material damping. Unlike advanced constitutive models that can induce energy loss, the use of simple elastoplastic constitutive models requires additional damping. The frequency dependent Rayleigh damping is a formulation that is frequently used in dynamic analysis. The main concern of this formulation is the correct selection of the target damping ratio and the frequency range where the response is frequency independent. The objective of this study is to investigate the effects of the Rayleigh damping parameters in soil-pile-structure and soil-inclusion-platform-structure systems in the presence of soft soil under seismic loading. Three-dimensional analyses of both systems are carried out using the finite difference software Flac3D. Different values of target damping ratios and minimum frequencies are utilized. Several earthquakes are used to study the influence of different excitation frequencies in the systems. The soil response in terms of accelerations, displacements and strains is obtained. For the rigid elements, the results are presented in terms of bending moments and normal forces. The results show that when the frequency of the input motion is close to the minimum (central) frequency in the Rayleigh damping formulation, the overdamping amount is reduced, and the surface spectral acceleration of the analyzed pile and inclusion systems increases. Thus, the bending moments and normal forces throughout the piles and inclusions also increase.
An efficient and accurate hybrid reliability analysis method is proposed in this paper to quantify the risk of an axially loaded single pile considering pile-soil interaction behavior and uncertainties in various design variables. The proposed method intelligently integrates the concepts of the response surface method, the finite difference method, the first-order reliability method, and the iterative linear interpolation scheme. The load transfer method is incorporated into the finite difference method for the deterministic analysis of a single pile-soil system. The uncertainties associated with load conditions, material and section properties of a pile and soil properties are explicitly considered. The risk corresponding to both serviceability limit state and strength limit state of the pile and soil is estimated. Applicability, accuracy and efficiency of the proposed method in the safety assessment of a realistic pile-soil system subjected to axial loads are verified by comparing it with the results of the Monte Carlo simulation technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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