KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.12
no.11
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pp.493-504
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2023
The Republic of Korea is located far from the boundary of the earthquake plate, and the intra-plate earthquake occurring in these areas is generally small in size and less frequent than the interplate earthquake. Nevertheless, as a result of investigating and analyzing earthquakes that occurred on the Korean Peninsula between the past two years and 1904 and earthquakes that occurred after observing recent earthquakes on the Korean Peninsula, it was found that of a magnitude of 9. In this paper, the Korean Peninsula Historical Earthquake Record (2 years to 1904) published by the National Meteorological Research Institute is used to analyze the relationship between earthquakes on the Korean Peninsula and statistical self-similarity. In addition, the problem solved through this paper was the first to investigate the relationship between earthquake data occurring on the Korean Peninsula and statistical self-similarity. As a result of measuring the degree of self-similarity of earthquakes on the Korean Peninsula using three quantitative estimation methods, the self-similarity parameter H value (0.5 < H < 1) was found to be above 0.8 on average, indicating a high degree of self-similarity. And through graph visualization, it can be easily figured out in which region earthquakes occur most often, and it is expected that it can be used in the development of a prediction system that can predict damage in the event of an earthquake in the future and minimize damage to property and people, as well as in earthquake data analysis and modeling research. Based on the findings of this study, the self-similar process is expected to help understand the patterns and statistical characteristics of seismic activities, group and classify similar seismic events, and be used for prediction of seismic activities, seismic risk assessments, and seismic engineering.
Referring to the formulation of physical stochastic optimal control of structures and the scheme of optimal polynomial control, a nonlinear stochastic optimal control strategy is developed for a class of structural systems with hysteretic behaviors in the present paper. This control strategy provides an amenable approach to the classical stochastic optimal control strategies, bypasses the dilemma involved in It$\hat{o}$-type stochastic differential equations and is applicable to the dynamical systems driven by practical non-stationary and non-white random excitations, such as earthquake ground motions, strong winds and sea waves. The newly developed generalized optimal control policy is integrated in the nonlinear stochastic optimal control scheme so as to logically distribute the controllers and design their parameters associated with control gains. For illustrative purposes, the stochastic optimal controls of two base-excited multi-degree-of-freedom structural systems with hysteretic behavior in Clough bilinear model and Bouc-Wen differential model, respectively, are investigated. Numerical results reveal that a linear control with the 1st-order controller suffices even for the hysteretic structural systems when a control criterion in exceedance probability performance function for designing the weighting matrices is employed. This is practically meaningful due to the nonlinear controllers which may be associated with dynamical instabilities being saved. It is also noted that using the generalized optimal control policy, the maximum control effectiveness with the few number of control devices can be achieved, allowing for a desirable structural performance. It is remarked, meanwhile, that the response process and energy-dissipation behavior of the hysteretic structures are controlled to a certain extent.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.44-48
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2000
Several parameters to represent the characteristics of the observed at the domestic networks from several earthquakes occurred in the Korean Peninsula. Parameters to fit most the multiple Fourier amplitude spectra of the observed accelerations are estimated. This study adopts the stochastic ground motion model referred to the BLWN mode in which the energy is distributed randomly over the duration of the source and which has proven to be very effective in modeling a wide range of ground motion observations. The stochastic ground motion model employed here uses an omega-squared ({{{{ omega ^2 }}) Brune source model with a single corner frequency and a constant stress drop,. The {{{{ omega ^2 }} source model has become a seismological standard because of its simplicity an ability to predict spectral amplitudes and shapes over an extremely broad ranges of magnitudes distances and from the inversion show very unstable based on the fact of high values of mean/median. These results may imply that more observed data and more precise site classification including accurate preparation analysis of data such as more accurate scaling from counts to kine are needed for more stable are effective inversion of Fourier amplitude spectrum of the observed ground motions.
Ates, Sevket;Soyluk, Kurtulus;Dumanoglu, A. Aydin;Bayraktar, Alemdar
Structural Engineering and Mechanics
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v.31
no.6
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pp.639-662
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2009
A comprehensive investigation of the stochastic response of an isolated cable-stayed bridge subjected to spatially varying earthquake ground motion is performed. In this study, the Jindo Bridge built in South Korea is chosen as a numerical example. The bridge deck is assumed to be continuous from one end to the other end. The vertical movement of the stiffening girder is restrained and freedom of rotational movement on the transverse axis is provided for all piers and abutments. The longitudinal restraint is provided at the mainland pier. The A-frame towers are fixed at the base. To implement the base isolation procedure, the double concave friction pendulum bearings are placed at each of the four support points of the deck. Thus, the deck of the cable-stayed bridge is isolated from the towers using the double concave friction pendulum bearings which are sliding devices that utilize two spherical concave surfaces. The spatially varying earthquake ground motion is characterized by the incoherence and wave-passage effects. Mean of maximum response values obtained from the spatially varying earthquake ground motion case are compared for the isolated and non-isolated bridge models. It is pointed out that the base isolation of the considered cable-stayed bridge model subjected to the spatially varying earthquake ground motion significantly underestimates the deck and the tower responses.
In near-fault earthquake prone areas, the velocity pulse-like seismic waves often results in excessive horizontal displacement for structures, which may result in severe structural failure during large or near-fault earthquakes. The recently developed isolator-gap damper (IGD) systems provide a solution for the large horizontal displacement of long period base-isolated structures. However, the hysteresis characteristics of the IGD system are significantly different from the traditional hysteretic behavior. At present, the hysteretic behavior is difficult to be reflected in the structural analysis and performance evaluation especially under random earthquake excitations for lacking of effective analysis models which prevent the application of this kind of IGD system. In this paper, we propose a mathematical hysteretic model for the IGD system that presents its nonlinear hysteretic characteristics. The equivalent linearization is conducted on this nonlinear model, which requires the variances of the IGD responses. The covariance matrix for the responses of the structure and the IGD system is obtained for random earthquake excitations represented by the Kanai-Tajimi spectrum by solving the Lyapunov equation. The responses obtained by the equivalent linearization are verified in comparison with the nonlinear responses by the Monte Carlo simulation (MCS) analysis for random earthquake excitations.
Gunaydin, Murat;Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet C.
Earthquakes and Structures
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v.15
no.3
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pp.335-350
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2018
This paper presents numerical modelling, modal testing, finite element model updating, linear and nonlinear earthquake behavior of a reinforced concrete building model. A 1/2 geometrically scale, two-storey, reinforced concrete frame model with raft base were constructed, tested and analyzed. Modal testing on the model using ambient vibrations is performed to illustrate the dynamic characteristics experimentally. Finite element model of the structure is developed by ANSYS software and dynamic characteristics such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios are calculated numerically. The enhanced frequency domain decomposition method and the stochastic subspace identification method are used for identifying dynamic characteristics experimentally and such values are used to update the finite element models. Different parameters of the model are calibrated using manual tuning process to minimize the differences between the numerically calculated and experimentally measured dynamic characteristics. The maximum difference between the measured and numerically calculated frequencies is reduced from 28.47% to 4.75% with the model updating. To determine the effects of the finite element model updating on the earthquake behavior, linear and nonlinear earthquake analyses are performed using 1992 Erzincan earthquake record, before and after model updating. After model updating, the maximum differences in the displacements and stresses were obtained as 29% and 25% for the linear earthquake analysis and 28% and 47% for the nonlinear earthquake analysis compared with that obtained from initial earthquake results before model updating. These differences state that finite element model updating provides a significant influence on linear and especially nonlinear earthquake behavior of buildings.
Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet C.;Soyluk, Kurtulus;Dumanoglu, A. Aydin
Steel and Composite Structures
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v.22
no.5
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pp.1001-1018
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2016
The purpose of this paper is to compare the structural responses obtained from the stochastic analysis of a suspension bridge subjected to uniform and partially correlated seismic ground motions, using different spatial correlation functions commonly used in the earthquake engineering. The spatial correlation function employed in this study consists of a term that characterizes the loss of coherency. To account for the spatial variability of ground motions, the widely used four loss of coherency models in the literature has been taken into account in this study. Because each of these models has its own characteristics, it is intended to determine the sensitivity of a suspension bridge due to these losses of coherency models which represent the spatial variability of ground motions. Bosporus Suspension Bridge connects Europe to Asia in Istanbul is selected as a numerical example. The bridge has steel towers that are flexible, inclined hangers and a steel box-deck of 1074 m main span, with side spans of 231 and 255 m on the European and Asian sides, respectively. For the ground motion the filtered white noise model is considered and applied in the vertical direction, the intensity parameter of this model is obtained by using the S16E component of Pacoima Dam record of 1971 San Fernando earthquake. An analytically simple model called as filtered white noise ground motion model is chosen to represent the earthquake ground motion. When compared with the uniform ground motion case, the results obtained from the spatial variability models with partial correlation outline the necessity to include the spatial variability of ground motions in the stochastic dynamic analysis of suspension bridges. It is observed that while the largest response values are obtained for the model proposed by Harichandran and Vanmarcke, the model proposed by Uscinski produces the smallest responses among the considered partially correlated ground motion models. The response values obtained from the uniform ground motion case are usually smaller than those of the responses obtained from the partially correlated ground motion cases. While the response values at the flexible parts of the bridge are totally dominated by the dynamic component, the pseudo-static component also has significant contributions for the response values at the rigid parts of the bridge. The results also show the consistency of the spatial variability models, which have different characteristics, considered in this study.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.157-164
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2003
A simulation-based approach that can be used to systematically model the uncertainties of seismic loading and geotechnical property is presented in the context of reliability analysis of slope stability. The uncertainty of seismic loading is studied by generating a large series of hazard-compatible artificial motions, and by using them in subsequent response analyses. The stochastic nature of spatially varying material properties and also the uncertainty arising from insufficient information are treated in the framework of random fields. The simulation-based analyses indicate that in a seismically less active region, a moderate variability in soil properties has a relatively large effect as much as characterization of earthquake hazard on the computed risk of slope failure and excessive slope deformations.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.61-68
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2003
The H/V ratio (Horizontal to Vertical spectral ratio) has been used to infer site amplification without previous knowledge of near-surface geology and in fact may provide useful general site condition information. This method is used to classify the site characteristics of seismic stations in Korea by comparison with known H/V ratios representative of various sites all over the world. In addition, differences between horizontal and vertical kappa values were evaluated for each seismic stations by comparing WV ratio and Weak Motion amplification derived from inversion of stochastic ground motion parameters and were used as index to quantitatively classify the site characteristics.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.6
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pp.37-46
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2001
In this research, a controller design method based on optimization is proposed that can satisfy constraints on maximum responses of building structures subject to around excitation modeled by partially stochastic process. The class of controllers to be optimized is restricted to LQR. Weighting matrix on controlled outputs is used as design variable. Objective function, constraint functions and their gradients are computed by the parameterization of control gain with Riccati matrix. Full state feedback controllers designed by proposed optimization method satisfy various design objectives and their necessary maximum control forces are computed for the production of actuator. LQG controllers composed of Kalman filter and LQR designed by proposed method perform well with little deterioration. So it is possible to design output feedback controllers satisfying constraints on various maximum responses of structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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