Transmission towers have come to represent one of the most important infrastructures in today's society, which may suffer severe earthquakes during their service lives. However, in the conventional seismic analyses of transmission towers, the towers are normally assumed to be fixed on the ground without considering the effect of soil-structure interaction (SSI) on the pile-supported transmission tower. This assumption may lead to inaccurate seismic performance estimations of transmission towers. In the present study, the seismic response and failure analyses of pile-supported transmission towers considering SSI are comprehensively performed based on the finite element method. Specifically, two detailed finite element (FE) models of the employed pile-supported transmission tower with and without consideration of SSI effects are established in ABAQUS analysis platform, in which SSI is simulated by the classical p-y approach. A simulation method is developed to stochastically synthesize the earthquake ground motions at different soil depths (i.e. depth-varying ground motions, DVGMs). The impacts of SSI on the dynamic characteristic, seismic response and failure modes are investigated and discussed by using the generated FE models and ground motions. Numerical results show that the vibration mode shapes of the pile-supported transmission towers with and without SSI are basically same; however, SSI can significantly affect the dynamic characteristic by altering the vibration frequencies of different modes. Neglecting the SSI and the variability of earthquake motions at different depths may cause an underestimate and overestimate on the seismic responses, respectively. Moreover, the seismic failure mode of pile-supported transmission towers is also significantly impacted by the SSI and DVGMs.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.3
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pp.19-27
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2001
In this seismic analyses of structures, it is well recognized that the effects of soil-structure interaction can not be ignored and seismic responses of a structure taking into account the stiffnesses of a foundation-soil system show the significant difference from those with a rigid base. However, current seismic analyses of apartment building structures were carried out with the rigid base ignoring the characteristics of the foundation and the properties of the underlying soil. In this study, seismic analyses of wall-slob type apartment buildings which have a particular structural type were carried out taking into account the soft soil layer comparing seismic response spectra of a flexible base with those of a rigid base and UBC-97. Low-rise or middle height wall-slab type apartment buildings built on the deep soft soil layer showed a rigid body motion with the reduced seismic responses due to the base isolation effect, indicating that it is considerably safe but uneconomical to utilize the design spectra of UB-97 for the seismic design of wall-slab type apartment buildings due to conservative design.
The United Nations project the world population to reach 10 billion by the year 2057. To increase the food of the ever-increasing world population, agrochemicals are indispensable tools to the boon in agriculture production. These agrochemicals are a serious threat to the health of humans, plants, and animals. Agrochemicals are ultimately reached to the main reservoir/sink such as soil and contaminating the groundwater, disturb the soil health and in turn a serious threat to biogeochemical cycling and the entire biosphere. Among agrochemicals, quinalphosis one of the most repeatedly and widely used insecticides in the control of a wide range of pests that attack various crops. Quinalphos is shown to be primarily toxic in organisms by acetylcholinesterase enzyme action. Hydrolysis of quinalphos produces amajor metabolite 2-hydroxyquinoxaline (2-HQ), which has shown secondary toxicity in organisms. 2-HQ is reported to be mutagenic, carcinogenic, growth inhibition and induce oxidative stress in organisms. Quinoline is a heterocyclic compound and structural resemblance of 2-HQ with minor changes, but its degradation studies are enormous compared to the 2-HQ compound. Biotic factors in fate and behavior of 2-HQ in the environment are least studied. 2-HQ interactions with soil enzymes are vary from soil to soil. Based on the toxicity of 2-HQ in our stockpile we need to isolate a handful of microorganisms to treat this persistent metabolite and also other metabolites/compounds.This brief review will be significant from the point of biological and environmental safety.
With recent growing interests in the Performance-Based Seismic Design and Assessment Methodology, more realistic modeling of a structural system is deemed essential in analyzing, designing, and evaluating both newly constructed and existing buildings under seismic events. Consequently, a shallow foundation element becomes an essential constituent in the implementation of this seismic design and assessment methodology. In this paper, a contact interface fiber section element is presented for use in modeling soil-shallow foundation systems. The assumption of a rigid footing on a Winkler-based soil rests simply on the Euler-Bernoulli's hypothesis on sectional kinematics. Fiber section discretization is employed to represent the contact interface sectional response. The hyperbolic function provides an adequate means of representing the stress-deformation behavior of each soil fiber. The element is simple but efficient in representing salient features of the soil-shallow foundation system (sliding, settling, and rocking). Two experimental results from centrifuge-scale and full-scale cyclic loading tests on shallow foundations are used to illustrate the model characteristics and verify the accuracy of the model. Based on this comprehensive model validation, it is observed that the model performs quite satisfactorily. It resembles reasonably well the experimental results in terms of moment, shear, settlement, and rotation demands. The hysteretic behavior of moment-rotation responses and the rotation-settlement feature are also captured well by the model.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.1
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pp.31-38
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2001
In the case of the non-proportionally damped system such as the soil-structure interaction system, the structural control system and composite structures, the eigenproblem with the damping matrix should be necessarily performed to obtain the exact dynamic response. However, most of the eigenvalue analysis methods such as the subspace iteration method and the Lanczos method may miss some eigenvalues in the required ones. Therefore, the eigenvalue analysis method must include a technique to check the missed eigenvalues to become the practical tools. In the case of the undamped or proportionally damped system the missed eigenvalues can easily be checked by using the well-known Sturm sequence property, while in the case of the non-proportionally damped system a checking technique has not been developed yet. In this paper, a technique of checking the missed eigenvalues for the eigenproblem with the damping matrix is proposed by applying the argument principle. To verify the effectiveness of the proposed method, two numerical examples are considered.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.2
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pp.121-128
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2020
The purpose of this study is to investigate the distribution patterns of displacement and acceleration fields in a nonlinear soil ground based on the interaction of high-speed train, wheel, rail, and ground. For this purpose, a high-speed train in motion was modeled as the actual wheel, and the vertical contact of wheel and rail and the lateral contact, caused by meandering motion, were simulated; this simulation was based on the moving mass analysis. The soil ground part was given the nonlinear behavior of the upper ground part by using the modified the Drucker-Prager model, and the changes in displacement and acceleration were compared with the behavior of the elastic and inelastic grounds. Using this analysis, the displacement and acceleration ranges close to the actual ground behavior were addressed. Additionally, the von-Mises stress and equivalent plastic strain at the ground were examined. Further, the equivalent plastic and total volumetric strains at each failure surface were examined. The variation in stresses, such as vertical stress, transverse pressure, and longitudinal restraint pressure of wheel-rail contact, with the time history was investigated using moving mass. In the case of nonlinear ground model, the displacement difference obtained based on the train travel is not large when compared to that of the elastic ground model, while the acceleration is caused to generate a large decrease.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.1
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pp.45-52
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2009
In this paper, a guideline for designing breakwater in wave loads and in seismic loads is proposed. A simple model structure in breaking wave zone is examined using Morison equation in consideration with the effect of an impact load, for evaluation of the wave loads. As the impact load effect is not significant, pressure distributions according to Goda are applied for evaluation of wave loads on breakwater. Structural behavior of breakwater in wave loads can be obtained using the Goda method, as well. For seismic analysis, Ofunato and Hachinohe models, as well as an artificial seismic acceleration loads model, are adopted. Soil-structure interaction analysis is carried out to find the seismic load effect. It is found that, in certain cases, structural deformation in wave loads is in the same level as deformation that in seismic loads. Thus, it is our recommendation that these two loads are considered at the same level in breakwater design.
Steel catenary riser (SCR) is a popular/economical solution for the oil/gas production in deep and ultra-deep water. The behavioral characteristics of SCR have a high correlation with the motion of floating production facility at its survival and operational environments. When large motions of surface floaters occur, such as FPSO in 100-yr storm case, they can cause unacceptable negative tension on SCR near TDZ (touch down zone) and the corresponding elastic deflection can be large due to local dynamic buckling. The generation, propagation, and decay of the elastic wave are also affected by SCR and seabed soil interaction effects. The temporary local dynamic buckling vanishes with the recovery of tension on SCR with the upheaval motion of surface floater. Unlike larger-scale, an-order-of-magnitude longer period global buckling driven by heat and pressure variations in subsea pipelines, the sub-critical local dynamic buckling of SCR is motion-driven and short cycled, which, however, can lead to permanent structural damage when the resulting stress is greatly amplified beyond the elastic limit. The phenomenon is extensively investigated in this paper by using the vessel-mooring-riser coupled dynamic analysis program. It is found that the moment of large downward heave motion at the farthest-horizontal-offset position is the most dangerous for the local dynamic buckling.
Ha, Jeong Gon;Jo, Seong Bae;Park, Heon Joon;Kim, Dong Kwan;Kim, Dong Soo
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.5
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pp.285-293
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2016
Soil-foundation-structure interaction (SFSI) is one of the important issues in the seismic design for evaluating the exact behavior of the system. A seismic design of a structure can be more precise and economical, provided that the effect of SFSI is properly taken into account. In this study, a series of the dynamic centrifuge tests were performed to compare the seismic response of the single degree of freedom(SDOF) structure on the various types of the foundation. The shallow and pile foundations were made up of diverse mass and different conjunctive condition, respectively. The test specimen consisted of dry sand deposit, foundation, and SDOF structure in a centrifuge box. Several types of earthquake motions were sequentially applied to the test specimen from weak to strong intensity of them, which is known as a stage test. Results from the centrifuge tests showed that the seismic responses of the SDOF structure on the shallow foundation and disconnected pile foundation decreased by the foundation rocking. On the other hand, those on the connected pile foundation gradually increased with intensity of input motion. The allowable displacement of the foundation under the strong earthquake, the shallow and the disconnected pile foundation, have an advantage in dissipating the earthquake energy for the seismic design.
In the present study, an offshore platform having large partial porous cylindrical members, which are composed of permeable and impermeable cylinders, is suggested. In order to calculate the wave force on large partial porous cylindrical members, the fluid domain is divided into three regions: a single exterior region, N inner regions and N beneath regions, and the scattering wave in each fluid region is expressed by an Eigen-function expansion method. Applying Darcy's law to the porous boundary condition, the effect of porosity is simplified. Wave excitation forces and wave run up on the structures are presented for various wave conditions. For the idealized three-dimensional platform having large partial porous cylindrical members, the dynamic response evaluations of the platform due to wave forces are carried out through the modal analysis. In order to examine the effects of soil-structure interaction, the substructure method is also applied. The displacement and bending stress at the selective nodal points of the structure are computed using various input parameters, such as the shear-wave velocity of soil, the wave height and the wave period. Applying the Monte Carlo Simulation (MCS) method, the reliability evaluations at critical structure members, which contained uncertainties caused by dynamic forces and structural properties, are examined by the reliability index with the results obtained from MCS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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