The concrete gravity dam is one of the most important parts of the nation's infrastructure. Besides the benefits, the dam also has some potentially catastrophic disasters related to the life of citizens directly. During the lifetime of service, some degradations in a dam may occur as consequences of operating conditions, environmental aspects and deterioration in materials from natural causes, especially from dynamic loads. Cumulative Absolute Velocity (CAV) plays a key role to assess the operational condition of a structure under seismic hazard. In previous researches, CAV is normally used in Nuclear Power Plant (NPP) fields, but there are no particular criteria or studies that have been made on dam structure. This paper presents a method to calculate the limitation of CAV for the Bohyeonsan Dam in Korea, where the critical Peak Ground Acceleration (PGA) is estimated from twelve sets of selected earthquakes based on High Confidence of Low Probability of Failure (HCLPF). HCLPF point denotes 5% damage probability with 95% confidence level in the fragility curve, and the corresponding PGA expresses the crucial acceleration of this dam. For determining the status of the dam, a 2D finite element model is simulated by ABAQUS. At first, the dam's parameters are optimized by the Minitab tool using the method of Central Composite Design (CCD) for increasing model reliability. Then the Response Surface Methodology (RSM) is used for updating the model and the optimization is implemented from the selected model parameters. Finally, the recorded response of the concrete gravity dam is compared against the results obtained from solving the numerical model for identifying the physical condition of the structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.6
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pp.427-435
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2021
An analysis considering the fluid-structure interaction is required to strictly evaluate the seismic behavior of facilities such as, environmental facilities and dams, that store fluids. Specifically, in the case of an infinite domain in the upstream direction, such as a dam-reservoir system, this should be carefully considered. In this study, we proposed a practical numerical model for both wave propagation and fluid-structure interaction analyses of an infinite domain, for a system with a semi-infinite domain such as a dam-reservoir system. This method was applicable to the time domain, and enabled accurate boundary analysis. For an infinite fluid domain, a small number of mid-point integrated acoustic finite elements were applied instead of a general acoustic finite element, and a viscous boundary was imposed on the outermost boundary. The validity and accuracy of the proposed method were secured by comparing analytic solutions of a reservoir having infinite domain, with the parametric analysis results, for the number of elements and the size of the modeling region. Furthermore, the proposed method was compared with other fluid-structure interaction methods using additional mass.
Based on the shaking table tests of a 1:3.52 scale one-bay and one-story ancient wooden structure, a simplified structural mechanics model was established, and the structural state equation and observation equation were deduced. Under the action of seismic waves, the damage rule of initial stiffness and yield stiffness of the joint was obtained. The force hammer percussion test and finite element calculations were carried out, and the structural response was obtained. Considering the 5% noise disturbance in the laboratory environment, the stiffness parameters of the mortise-tenon joint were identified by the partial least squares of singular value decomposition (PLS-SVD) and the Extended Kalman filter (EKF) method. The results show that dynamic and static cohesion method, PLS-SVD, and EKF method can be used to identify the damage degree of structures, and the stiffness of the mortise-tenon joints under strong earthquakes is reduced step by step. Using the proposed model, the identified error of the initial stiffness is about 0.58%-1.28%, and the error of the yield stiffness is about 0.44%-1.21%. This method has high accuracy and good applicability for identifying the initial stiffness and yield stiffness of the joints. The identification method and research results can provide a reference for monitoring and evaluating actual engineering structures.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.2
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pp.620-626
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2016
Estimating the nonlinear seismic response of structure in earthquake engineering is important. Nonlinear static analysis is a typical method, and a variety of methods and techniques for estimating the stiffness of structural system at a certain analysis stage have been introduced and used in numerical structural analysis. On the other hand, such methods have many difficulties in practical usage because they use time-consuming iterative methods or simplified algorithms for calculating the structural stiffness at specific points in the time of nonlinear static analysis. For this reason, this study suggests an accurate and effective method for estimating the stiffness of a structure in nonlinear static analysis. For this goal, existing theories of an incremental step-by-step solution was investigated first. Subsequently, an algorithm available for calculating the precise stiffness of a structural system, each element of which has a bilinear material model, was developed based on the investigated methods. Finally, a computer program, sNs, was developed with the algorithm used.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.3
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pp.227-243
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2005
This paper presents a hybrid control system combining lead rubber bearings and hydraulic actuators for seismic response control of a cable stayed bridge. Because multiple control devices are operating, a hybrid control system could improve the control performances. However, the overall system robustness may be impacted negatively by additional active control devices. Therefore, a secondary on-off type controller according to the responses of lead rubber bearings is combined with LQG algorithm to improve the controller robustness. Numerical simulation results show that control performances of the hybrid system controlled by an on off type LQG algorithm are improved compared to those of the passive and active control systems and are similar to those of performance oriented hybrid system controlled by a LQG algorithm with the similar peak and normed control forces. Furthermore, it is verified that the hybrid system with an on-off type LQG controller is more robust for stiffness matrix perturbation than conventional hybrid control of system, and there are no signs of instability in the overall system. The proposed control system also maintains the control performance under not only the design earthquakes but also the other earthquakes. Therefore, the hybrid control system using on-off type LQG algorithm could be proposed as an improved control strategy for seismically excited cable-stayed bridges containing many uncertainties.
Park, Duhee;Lee, Tae-Hyung;Kim, Hansup;Park, Jeong-Seon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.2
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pp.119-128
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2016
In a performance-based design, the structural safety is estimated from pre-defined damage states and corresponding damage indices. Both damage states and damage indices are well defined for above-ground structures, but very limited studies have been performed on underground structures. In this study, we define the damage states and damage indices of a cut-and-cover box tunnel which is one of typical structures used in metro systems, under a seismic excitation from a series of inelastic frame analyses. Three damage states are defined in terms of the number of plastic hinges that develop within the structure. The damage index is defined as the ratio of the elastic moment to the yield moment. Through use of the proposed index, the inelastic behavior and failure mechanism of box tunnels can be simulated and predicted through elastic analysis. In addition, the damage indices are linked to free-field shear strains. Because the free-field shear strain can be easily calculated from a 1D site response analysis, the proposed method can be readily used in practice. Further studies are needed to determine the range of shear strains and associated uncertainties for various types of tunnels and site profiles. However, the inter-linked platform of damage state - damage index - shear wave velocity - shear strain provides a novel approach for estimating the inelastic response of tunnels, and can be widely used in practice for seismic designs.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.6
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pp.439-445
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2013
The soil-structure interaction(SSI) effect should be considered to accurately assess the seismic response of structure constructed on soft soil site other than the hard bedrock. Recently, the demand of SSI analysis has increased due to strengthening of the regulatory guidelines of nuclear power plant such as the USNRC SRP 3.7.2. In this study an accuracy and running time of the KIESSI-3D program for large-scale 3D SSI analysis were investigated. The seismic SSI analysis using the KIESSI-3D program was performed for several examples of large-scale three-dimensional soil-structure interaction system. The analysis results were compared with those of the ACS/SASSI program. Good agreements in transfer functions at selected locations showd that KIESSI-3D yields accurate solution for large-scale SSI problem. Moreover, it was found that running speed of the KIESSI-3D for large-scale 3D SSI analysis is much faster than that of the ACS/SASSI about 30~2000 times.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.6
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pp.383-390
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2020
Since the dynamic behaviors of liquid storage tanks on flexible soil are significantly influenced by the fluid-structure-soil interaction (FSSI), its effects must be rigorously considered for accurate earthquake analysis and seismic design of the storage system. In this study, dynamic analysis is performed for a rectangular liquid storage tank on flexible soil, and its dynamic characteristics are examined by rigorously considering the effects of FSSI. The hydrodynamic force and the interaction force between the structure and soil are evaluated using the finite-element approach. In the evaluations, mid-point integrated finite elements and viscous dampers are considered for energy radiation into the infinite soil. The effective earthquake force is then obtained from free-field analysis. It is thus demonstrated that the earthquake responses of the rectangular liquid storage tank on flexible soil are significantly influenced by the FSSI.
Park Donghee;Yun Kwanhee;Chang Chun-Joong;Choi Weon-Hack;Lee Dae-Soo
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2005.05a
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pp.87-92
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2005
The ground-motion (GM) attenuation relations available in Korea has required the validation process for large earthquakes since most of them were developed based on small earthquake database, The Fukuoka earthquake (M=7.0) that occurred near the Korean Peninsula provides invaluable data to indirectly evaluate the attenuation characteristics of the strong GM in Korea. The GM levels (PGA, SA) obtained from the KIK-net downhole stations near the epicenter (R<100km) are reasonably predicted by the GM attenuation relation developed by KEPRI in 2003 for the Kori NPP site, the result of which validates the use of KEPRI GM attenuation relation for predicting GM induced by future large earthquakes. Also, the comparison between the Osaki spectra and response spectra of KIK-net downhole data reveals that the amplitude levels of Osaki spectra are higher than the spectra from KIK-net stations which are believed to be installed at the seismic basement.
Park, Dong-Hee;Yun, Kwan-Hee;Chang, Chun-Joong;Choi, Weon-Hack;Lee, Dae-Soo
Journal of the Korean Geophysical Society
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v.8
no.3
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pp.109-113
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2005
The ground-motion (GM) attenuation relations available in Korea has required the validation process for large earthquakes since most of them were developed based on small earthquake database. The Fukuoka earthquake (M=7.0) that occurred near the Korean Peninsula provides invaluable data to indirectly evaluate the attenuation characteristics of the strong GM in Korea. The GM levels (PGA, SA) obtained from the KIK-net downhole stations near the epicenter (R<100km) are reasonably predicted by the GM attenuation relation developed by KEPRI in 2003 for the Kori NPP site, the result of which validates the use of KEPRI GM attenuation relation for predicting GM induced by future large earthquakes. Also, the comparison between the Osaki spectra and response spectra of KIK-net downhole data reveals that the amplitude levels of Osaki spectra are higher than the spectra from KIK-net stations which are believed to be installed at the seismic basement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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