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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.5
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pp.465-473
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2010
As increase of height and slenderness of buildings, serviceability design criteria such as maximum lateral drift and wind-induced vibration level play an important role in structural design of high-rise buildings. Especially, wind-induced vibration is directly related to discomfort of occupants. However, no practical algorithm or design method is available for structural designers to control the acceleration level due to wind. This paper presented a control method for wind-induced vibration of high-rise buildings using the resizing algorithm. The level of vibration due to wind is calculated by well known estimation rules of ASCE 7-02, NBCC 95, SAA83, and Solari method. Based on the fact that the level of wind-induced vibration is inversely proportional to the magnitude of natural periods of buildings, in the design method, natural periods of a high-rise building are modified by redistribution of structural weight according to the resizing algorithm. The design method is applied to wind-induced vibration control design of real 42-story residential building and evaluated the efficiency and effectiveness.
Keihani, Reza;Bahadori-Jahromi, Ali;Goodchild, Charles;Cashell, Katherine A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.1
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pp.83-99
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2020
Shear walls are structural members in buildings that are used extensively in reinforced concrete frame buildings, and almost exclusively in the UK, regardless of whether or not they are actually required. In recent years, the UK construction industry, led by the Concrete Centre, has questioned the need for such structural elements in low to mid-rise reinforced concrete frame buildings. In this context, a typical modern, 5-storey residential building is studied, and its existing shear walls are replaced with columns as used elsewhere in the building. The aim is to investigate the impact of several design variables, including concrete grade, column size, column shape and slab thickness, on the building's structural performance, considering two punching shear limits (VEd/VRd,c), lateral drift and accelerations, to evaluate its maximum possible height under wind actions without the inclusion of shear walls. To facilitate this study, a numerical model has been developed using the ETABS software. The results demonstrate that the building examined does not require shear walls in the design and has no lateral displacement or acceleration issues. In fact, with further analysis, it is shown that a similar building could be constructed up to 13 and 16 storeys high for 2 and 2.5 punching shear ratios (VEd/VRd,c), respectively, with adequate serviceability and strength, without the need for shear walls, albeit with thicker columns.
For structural damage detection of shear buildings, this paper proposes a new concept using structural element mass-stiffness vector (SEMV) based on special mass and stiffness distribution characteristics. A corresponding damage identification method is developed combining the SEMV with the cross-model cross-mode (CMCM) model updating algorithm. For a shear building, a model is assumed at the beginning based on the building's distribution characteristics. The model is updated into two models corresponding to the healthy and damaged conditions, respectively, using the CMCM method according to the modal parameters of actual structure identified from the measured acceleration signals. Subsequently, the structural SEMV for each condition can be calculated from the updated model using the corresponding stiffness and mass correction factors, and then is utilized to form a new feature vector in which each element is calculated by dividing one element of SEMV in health condition by the corresponding element of SEMV in damage condition. Thus this vector can be viewed as a damage detection feature for its ability to identify the mass or stiffness variation between the healthy and damaged conditions. Finally, a numerical simulation and the laboratory experimental data from a test-bed structure at the Los Alamos National Laboratory were analyzed to verify the effectiveness and reliability of the proposed method. Both simulated and experimental results show that the proposed approach is able to detect the presence of structural mass and stiffness variation and to quantify the level of such changes.
Rojas-Mercedes, Norberto;Erazo, Kalil;Di Sarno, Luigi
Earthquakes and Structures
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v.22
no.5
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pp.503-515
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2022
This paper presents the development of seismic fragility curves for a precast reinforced concrete bridge instrumented with a structural health monitoring (SHM) system. The bridge is located near an active seismic fault in the Dominican Republic (DR) and provides the only access to several local communities in the aftermath of a potential damaging earthquake; moreover, the sample bridge was designed with outdated building codes and uses structural detailing not adequate for structures in seismic regions. The bridge was instrumented with an SHM system to extract information about its state of structural integrity and estimate its seismic performance. The data obtained from the SHM system is integrated with structural models to develop a set of fragility curves to be used as a quantitative measure of the expected damage; the fragility curves provide an estimate of the probability that the structure will exceed different damage limit states as a function of an earthquake intensity measure. To obtain the fragility curves a digital twin of the bridge is developed combining a computational finite element model and the information extracted from the SHM system. The digital twin is used as a response prediction tool that minimizes modeling uncertainty, significantly improving the predicting capability of the model and the accuracy of the fragility curves. The digital twin was used to perform a nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) with selected ground motions that are consistent with the seismic fault and site characteristics. The fragility curves show that for the maximum expected acceleration (with a 2% probability of exceedance in 50 years) the structure has a 62% probability of undergoing extensive damage. This is the first study presenting fragility curves for civil infrastructure in the DR and the proposed methodology can be extended to other structures to support disaster mitigation and post-disaster decision-making strategies.
Cho, Jeong-Rae;Cho, Keunhee;Kwark, Jong-Won;Kim, Young Jin
Journal of the Korean Society for Railway
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v.15
no.5
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pp.498-507
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2012
This paper presents the ERRI design diagrams of KTX and HEMU applicable to simply supported single span bridges, and analyzes the dynamic characteristics and design considerations of the bridges under KTX and HEMU using the diagrams. The design diagrams of KTX and HEMU are calculated for the bridges with 25m, 30m, 35m and 40m span lengths, which are widely used for simple bridge in Korea. From the design diagrams, the dynamic characteristics of the bridges with the selected span lengths are analyzed. In addition, the design consideration is discussed to satisfy the design requirement of acceleration. It is desirable for the bridge with 25m span length to avoid resonance both for KTX and HEMU. Since larger responses are expected for HEMU in the bridge with 30m span length, and for KTX in the bridge with 35m and 40m span length, the bridges should be planned to have enough mass satifying acceleration requirement at resonance, or to avoid the resonance.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.6
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pp.523-530
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2017
In this study, a method of probabilistic evaluation of the performance point of the structure obtained by capacity spectrum method (CSM) is presented. The performance point of the 4-story and 1-bay steel structure was determined by using CSM according to ATC-40. In order to analyze whether the demand spectrums exceed the performance limit of the structure, the limit displacements are derived for the performance limit of the structure defined from the plastic deformation angle of the structural member. In addition, by selecting a total of 30 artificial seismic wave having the response spectrum similar to the design response spectrum, the fragility curves were derived by examining whether the response spectrum obtained from the artificial seismic wave were exceeded each performance limit according to the spectral acceleration. The maximum likelihood method was used to derive the fragility curve using observed excess probabilities. It has been confirmed that there exists a probability that the response acceleration value of the design response spectrum corresponding to each performance limit exceeds the performance limit. This method has a merit that the stochastic evaluation can be performed considering the uncertainty of the seismic waves with respect to the performance point of the structure, and the analysis time can be shortened because the incremental dynamic analysis (IDA) is not necessary.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.2A
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pp.119-130
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2009
Seismic fragility curves of a structure represent the probability of exceeding the prescribed structural damage state for a given various levels of ground motion intensity such as peak ground acceleration (PGA), spectral acceleration ($S_a$) and spectral displacement ($S_d$). So those are very essential to evaluate the structural seismic performance and seismic risk. The purpose of this paper is to develop seismic fragility curves for PSC box girder bridges. In order to construct numerical fragility curve of bridge structure using nonlinear time history analysis, a set of ground motions corresponding to design spectrum are artificially generated. Assuming a lognormal distribution, the fragility curve is estimated by using the methodology proposed by Shinozuka et al. PGA is simple and generally used parameter in fragility curve as ground motion intensity. However, the PGA has not good relationship with the inelastic structural behavior. So, $S_a$ and $S_d$ with more direct relationship for structural damage are used in fragility analysis as more useful intensity measures instead of PGA. The numerical fragility curves based on nonlinear time history analysis are compared with those obtained from simple method suggested in HAZUS program.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.2
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pp.75-83
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2019
In this study, to propose the deterioration curves of urethane, ceramic, polysiloxane and fluorocarbon coating for the steel bridge, an accelerated corrosion tests were carried out. The each coating system wes applied on the top of the specimens, and circular initial defects were introduced with different diameters with 0.5, 1.0, 3.0, 5.0 mm. An accelerated corrosion test condition was used to simulate severe corrosive environment depending on ISO 20340. The deterioration curve of each coating type was evaluated based on deteriorated area from the circular defects. In order to evaluate the coating service life of installed steel bridge using deterioration curve, the acceleration coefficient was calculated at correlation between ISO 20340 and corrosivity categories by ISO 9223 based on field corrosion rate. From test results, the propagation rate of coating deterioration area was different to diameter of circular defects. In case of urethane coating, the coating service lifes of 3% deterioration area was evaluated in 31.8, 15.8, 9.9 and 3.9 years with C2, C3, C4 and C5 category.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.27-35
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2019
The existing middle-long span railway bridge has been mainly applied to steel box girder bridges. However, the steel box girder bridges have disadvantages in securing the space under the bridge, and the main girder is made of a thin plate box shape, resulting in a ringing noise due to the vibration. Many complaints about noise have been raised. For this reason, there is a need for the development of long railway bridges that can replace steel box girder bridges. In this paper, the characteristics of the steel composite railway bridge currently developed were introduced and a time history analysis was conducted using MIDAS Civil reflecting the speed of KTX load for 40m and 50m bridges. In addition, from the analysis results, the dynamic behavior of target bridges were verified and it was examined whether they meet the dynamic performance criteria proposed in the railway design standards. As a result, all of the bridges under review satisfied the dynamic safety criteria, however, in case of 40m of span, the vertical acceleration value was very large. In order to solve this problem, authors proposed the improvement plan and corrected the cross section to confirm that the vertical acceleration decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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