Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.3
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pp.99-105
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2011
When a certain magnitude earthquake occurs, serious damage for human and properties is a major concern for most of the subway stations which were not applied for earthquake resistant design. Consideration and experimental verification for ground and structural behavior based on soil-structure interaction relation are required to evaluate seismic performance of the subway station as embedded structures. For 1/60 scaled subway station model, centrifuge modeling shaking table test is performed using Kobe and Northridge earthquakes. Compare to displacements and moments of the underground and structure obtained by soil response analysis and response displacement method based on experimental results, this paper shows how to evaluate seismic performance of subway station.
A number of attempts has been made to reinforce ballasted track substructure to meet the requirement of high-speed operation and effective rehabilitation of existing railroads. For the purpose of this, the use of geogrid has been applied, and the benefit of its use has been recognized via previous studies. In this study, an experimental pullout test was carried out to investigate the influence of normal stress on pullout strength of geogrid using different types of soil and geogrid. The results revealed that the pullout resistance generally tends to increase proportional to normal stress while the pullout coefficient interaction decreases, which is a function of material interface properties, such as the friction angle of soil, and interlocking condition between soil and geogrid. In addition, a methodology based on work-energy concept was proposed to evaluate effectiveness of geogrid and limitedly verified using test results.
In the last decades, valuable results have been reported regarding conventional passive, active, semi-active, and hybrid structural control systems on two-dimensional and a few three-dimensional shear buildings. In this research, using a three-dimensional finite element model of high-rise concrete structures, designed by performance based plastic design method, it was attempted to construct a relatively close to reality model of concrete structures equipped with Tuned Mass Damper (TMD) by considering the effect of soil-structure interaction (SSI), torsion effect, hysteresis behavior and cracking effect of concrete. In contrast to previous studies which have focused mainly on linearly designed structures, in this study, using performance-based plastic design (PBPD) design approach, nonlinear behavior of the structures was considered from the beginning of the design stage. Inelastic time history analysis on a detailed model of twenty-story concrete structure was performed under a far-field ground motion record set. The seismic responses of the structure by considering SSI effect are studied by eight main objective functions that are related to the performance of the structure, containing: lateral displacement, acceleration, inter-story drift, plastic energy dissipation, shear force, number of plastic hinges, local plastic energy and rotation of plastic hinges. The tuning problem of TMD based on tuned mass spectra is set by considering five of the eight previously described functions. Results reveal that the structural damage distribution range is retracted and inter-story drift distribution in height of the structure is more uniform. It is strongly suggested to consider the effect of SSI in structural design and analysis.
Safety issue for offshore wind-turbine foundation becomes a crucial factor as offshore wind turbines have been scaled up. Correspondingly, there is a demand to understand the effect of soil-structure interaction on to system behavior in geotechnical engineering point of view. The p-y curve method researched in past few decades is one of the most appropriate methodology to analyze the problem. In this study, recently proposed p-y curve models for various rocks are calibrated to analyze the engineering characteristics of seabed of Jeju Island where it is known to be most suitable area for offshore wind energy farm. Step by step calibration process for p-y models is presented. Analysis results show that subgrade reaction generally increases as closer to seabed. It is also shown that the behavioral characteristics of foundation reflect well rock properties in terms of resultant moment, shear force, etc.
Constructing the maximum displacement and shear force database for the seismic performance of building with soil-structure interaction under varied earthquake scenarios and geotechnical conditions is critical in developing the neural network-based prediction models. However, using the available 3D FEM-based computer simulation techniques causes high computation costs in developing the database. This study introduces the framework of developing the artificial neural network (ANN) model to predict the seismic performance of building at given Poisson's ratio and shear wave velocity of soil. The simple Single-Degree-Of-Freedom system was used to develop the database and the performance of the developed neural network model is discussed through the evaluated coefficient of determination (R2). In addition, ANN models were developed for 90~100% percentile of the database to assess the accuracy of the developed ANN models in each percentile.
Integration of finite element analysis (FEA) software into various software platforms is commonly used in coupling systems such as systems involving structural control, fluid-structure, wind-structure, soil-structure interactions and substructure method in which FEA is used for simulating the structural responses. Integrating an FEA program into various other software platforms in an efficient and simple way is crucial for the development and performance of the entire coupling system. The lack of simplicity of the existing integration methods makes this integration difficult and therefore entails the motivation of this study. In this paper, a novel practical technique, namely CS technique, is presented for integrating a general FEA software framework OpenSees into other software platforms, e.g., Matlab-$Simulink^{(R)}$ and a soil-structure interaction (SSI) system. The advantage of this integration technique is that it is efficient and relatively easy to implement. Instead of OpenSees, a cheap client handling TCL is integrated into the other software. The integration is achieved by extending the concept of internet based client-server concept, taking advantage of the parameterization framework of OpenSees, and using a command-driven scripting language called tool command language (TCL) on which the OpenSees' interface is based. There is no need for any programming inside OpenSees. The presented CS technique proves as an excellent solution for the coupling problems mentioned above (for both linear and nonlinear problems). Application examples are provided to validate the integration method and illustrate the various uses of the method in the civil engineering.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.6
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pp.379-389
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2016
This study intends to evaluate the conservativeness of the fixed-base analysis as compared to the soil-structure interaction (SSI) analysis for the seismically isolated model of a nuclear power plant in Korea. To that goal, the boundary reaction method (BRM), combining frequency-domain and time-domain analyses in a twofold process, is adopted for the SSI analysis considering the nonlinearity of the seismic base isolation. The program KIESSI-3D is used for computing the reaction forces in the frequency domain and the program MIDAS/Civil is applied for the nonlinear time-domain analysis. The BRM numerical model is verified by comparing the results of the frequency-domain analysis and time-domain analysis for the soil-structure system with an equivalent linear base isolation model. Moreover, the displacement response of the base isolation and the horizontal response at the top of the structure obtained by the nonlinear SSI analysis using BRM are compared with those obtained by the fixed-base analysis. The comparison reveals that the fixed-base analysis provides conservative peak deformation for the base isolation but is not particularly conservative in term of the floor response spectrum of the superstructure.
Recently, as the seismic performance based design methods have been introduced, dynamic numerical analyses need to be performed to evaluate the actual performance of structures under earthquakes. The verification of the numerical modeling is the most important for the performance based design. Therefore, 2-dimensional numerical analyses were performed to simulate the seismic behavior of a pile-supported structure, to provide the proper numerical modeling and to determine of input parameters. A dynamic centrifuge test of a pile group in dry loose sand was simulated to verify the applicability of the numerical model. The numerical modeling was carefully made to reflect the actual condition of the centrifuge test including dynamic soil properties, soil-pile interaction, boundary condition, the modeling of the group pile and structure and so on. The predicted behavior of the numerical analyses successfully simulated the acceleration variation in ground, the moment and displacement of the pile, and the displacement and acceleration of the structure. Therefore, the adopted numerical modeling and the input parameters can be used to evaluate the seismic performance of pile groups.
The present study investigates the soil-structure interaction (SSI) effects on the seismic performance of smart base-isolated structures. The adopted control algorithm for tuning the control force plays a key role in successful implementation of such structures; however, in most studied carried out in the literature, these algorithms are designed without considering the SSI effect. Considering the SSI effects, a linear quadratic regulator (LQR) controller is employed to seismic control of a smart base-isolated structure. A particle swarm optimization (PSO) algorithm is used to tune the gain matrix of the controller in both cases without and with SSI effects. In order to conduct a parametric study, three types of soil, three well-known earthquakes and a vast range of period of the superstructure are considered for assessment the SSI effects on seismic control process of the smart-base isolated structure. The adopted controller is able to make a significant reduction in base displacement. However, any attempt to decrease the maximum base displacement results in slight increasing in superstructure accelerations. The maximum and RMS base displacements of the smart base-isolated structures in the case of considering SSI effects are more than the corresponding responses in the case of ignoring SSI effects. Overall, it is also observed that the maximum and RMS base displacements of the structure are increased by increasing the natural period of the superstructure. Furthermore, it can be concluded that the maximum and RMS superstructure accelerations are significant influenced by the frequency content of earthquake excitations and the natural frequency of the superstructure. The results show that the design of the controller is very influenced by the SSI effects. In addition, the simulation results demonstrate that the ignoring the SSI effect provides an unfavorable control system, which may lead to decline in the seismic performance of the smart-base isolated structure including the SSI effects.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.5
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pp.309-317
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2021
In this paper, we present the evaluation results for the conservatism of the response acceleration method (RAM), for seismic response analysis of box-type power cable tunnels. We studied 50 examples, considering the cross sections of 25 power cable tunnels, and two soil conditions for each power cable tunnel. A refined dynamic analysis method considering the soil-structure interaction was further employed to evaluate the conservatism of the RAM. The comparison revelated that the seismic responses computed using the RAM were consistent with those obtained using the refined method, since the averages of response ratio (defined as the ratio of the response by RAM to that of the refined method) approached 1.0, and the standard deviations of the response ratio were less than 5%. Finally, we found that applying a load factor of 1.1 to the response of the RAM allowed for a conservative design for seismic loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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