The possibility of earthquakes in vulnerable regions indicates that efficient technique is required for seismic protection of buildings. During the recent decades, the concept is moving towards the insertion of base isolation on seismic prone buildings. So, investigation of structural behavior is a burning topic for buildings to be isolated in base level by bearing device. This study deals with the incorporation of base isolation system and focuses the changes of structural responses for different types of Lead Rubber Bearing (LRB) isolators. A number of sixteen model buildings have been simulated selecting twelve types of bearing systems as well as conventional fixed-base (FB) scheme. The superstructures of the high-rise buildings are represented by finite element assemblage adopting multi-degree of freedoms. Static and dynamic analyses are carried out for FB and base isolated (BI) buildings. The dynamic analysis in finite element package has been performed by the nonlinear time history analysis (THA) based on the site-specific seismic excitation and compared employing eminent earthquakes. The influence of the model type and the alteration in superstructure behavior of the isolated buildings have been duly assessed. The results of the 3D multistory structures show that the lateral forces, displacement, inertia and story accelerations of the superstructure of the seismic prone buildings are significantly reduced due to bearing insertion. The nonlinear dynamic analysis shows 12 to 40% lessening in base shear when LRB is incorporated leading to substantial allowance of horizontal displacement. It is revealed that the LRB isolators might be potential options to diminish the respective floor accelerations, inertia, displacements and base shear whatever the condition coincides. The isolators with lower force intercept but higher isolation period is found to be better for decreasing base shear, floor acceleration and inertia force leading to reduction of structural and non-structural damage. However, LRB with lower isolator period seems to be more effective in dropping displacement at bearing interface aimed at reducing horizontal shift of building structure.
Panzera, Ivan;Morelli, Francesco;Salvatore, Walter
Earthquakes and Structures
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v.18
no.1
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pp.129-145
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2020
Seismic resilience is a key feature for buildings that play a strategic role within the community. In this framework, not only the structural and non-structural elements damage but also the protracted structural dysfunction can contribute significantly to overall seismic damage and post-seismic crisis situations. Reduction of the residual and peak displacements and energy dissipation by replaceable elements are some effective aspects to pursue in order to enhance the resilience. Control systems able to adapt their response based on the nature of events, such as active or semi-active, can achieve the best results, but also require higher costs and their complexity jeopardizes their reliability; on the other hand, a passive control system is not able to adapt but its functioning is more reliable and characterized by lower costs. In this study it is proposed a strategy for the optimization of the dissipative capacity of a seismic resistant system obtained placing in parallel two different groups dissipative Re-Centering Devices, specifically designed to enhance the energy dissipation, one for the low and the other for the high intensity earthquakes. In this way the efficiency of the system in dissipating the seismic energy is kept less sensitive to the seismic intensity compared to the case of only one group of dissipative devices.
Lakshmanan, N.;Raghuprasad, B.K.;Muthumani, K.;Gopalakrishnan, N.;Sreekala, R.
Computers and Concrete
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v.4
no.3
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pp.167-186
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2007
Ductility based design of reinforced concrete structures implicitly assumes certain damage under the action of a design basis earthquake. The damage undergone by a structure needs to be quantified, so as to assess the post-seismic reparability and functionality of the structure. The paper presents an analytical method of quantification and location of seismic damage, through system identification methods. It may be noted that soft ground storied buildings are the major casualties in any earthquake and hence the example structure is a soft or weak first storied one, whose seismic response and temporal variation of damage are computed using a non-linear dynamic analysis program (IDARC) and compared with a normal structure. Time period based damage identification model is used and suitably calibrated with classic damage models. Regenerated stiffness of the three degrees of freedom model (for the three storied frame) is used to locate the damage, both on-line as well as after the seismic event. Multi resolution analysis using wavelets is also used for localized damage identification for soft storey columns.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.4
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pp.45-51
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2020
In this study, a response spectrum analysis of an electric distributing board (EDB) was conducted to investigate seismic integrity in the design stage. For the seismic analysis, the required response spectra of a safe shutdown earthquake with 2% damping (RRS/SSE-2%) specified in GR-63-CORE Zone 4 was used as the ground spectral acceleration input. A finite element method modal analysis of the EDB was also performed to examine the occurrence of resonance within the frequency range of the earthquake response spectrum. Furthermore, static stress caused by deadweight was analyzed. The resultant total maximum stress of the EDB structure was calculated by adding the maximum stresses from both seismic and static loads using the square root of the sum of the squares (SRSS) method. Finally, the structural safety of the EDB was investigated by comparing the resultant total maximum stress with the allowable stress.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.3
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pp.149-154
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2019
The structural system of domestic high-rise apartments can be divided into two parts; the core wall system, which is composed of walls concentrated in the center and the shear wall system, which comprises a great number of walls distributed in the plan. In order to analyze the lateral behavior of each system, buildings with typical domestic high-rise apartment plans were selected and nonlinear static analysis was performed to investigate the their collapse mechanism. From the force-displacement relation derived from nonlinear static analysis, response modification factor was evaluated by calculating the overstrengh and ductility factor, which are important in the seismic response. The ductility of core wall system is small, but as it is governed by wind load, its overstrength is greatly estimated, and its response modification factor is calculated by the overstrengh factor. Due to a large number of walls, shear wall system has a large ductility, making the response modification factor considerably large.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.2
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pp.131-138
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2013
The high damping rubber bearings contributed to reduce a seismic force transmitted to upper structures, the material properties of rubber changes with time and the rubber with age-related degradation can affect the seismic response of structures and equipments. Therefore the seismic response of structure considering age-related degradation of isolators should be evaluated. In this paper, the stiffness and damping for isolators were defined using the aging data proposed by other researchers. The reactor containment building and the auxiliary building were selected to conduct the nonlinear analysis and the natural frequency, maximum responses, floor response spectrum(FRS) were evaluated with time using the four earthquakes with different frequency contents. According to the analysis results, the seismic responses are increased by the age-related degradation of isolators and the detail inspections should be conducted up to 20 years because it was presented that the change of FRS was high during this period.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.231-244
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2000
This paper presents a dynamic analysis technique for a 2-D soil-structure interaction problem in the frequency domain, which can directly be applied as an analysis tool for seismic response analyses of underground structures, tunnels, embankments, and so on. In this method, the structure and near-field soil is modeled by the standard finite elements, while the unbounded far-field soil is represented using the dynamic infinite elements in the frequency domain. The earthquake-input motion is regarded as traveling P and SV waves which are incident vertically from the far-field of underlying half-space to the near-field of layered medium. The equivalent earthquake forces are then calculated utilizing so-called fixed-exterior-boundary-method and the free-field responses including displacements and tractions. For the verification of the present study, seismic response analyses are carried out for a multi-layered half-space free-field soil medium and a cylindrical cavity embedded in a homogeneous half-space. Comparisons of the present results with solutions by other approaches indicate that the proposed methodology gives accurate estimates. Finally, an application example of seismic response analysis for a subway station is presented, which demonstrates the applicability of the present study.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.527-532
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2002
Near field ground motions contain distinct and large amplitude pulses in both velocity and displacement. This paper investigates characteristics of near field earthquakes and their effects on seismic demands. 20 EQGMs were selected for this purpose that satisfied 5 conditions for Near field motion. Among them ten EQGMs have one distinct peak velocity pulse in the velocity time history. In this study the responsed are Linear Elastic Response Spectrum(LERS), Response Modification Factor(R) and Inelastic Response Spectrum(IRS). The effect of the selection of Near field EQGMs on these response parameters are investigated.
Sarhosis, V.;Asteris, P.G.;Mohebkhah, A.;Xiao, J.;Wang, T.
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.633-653
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2016
One of the major threats to the stability of classical columns and colonnades are earthquakes. The behavior of columns under high seismic excitation loads is non-linear and complex since rocking, wobbling and sliding failure modes can occur. Therefore, three dimensional simulation approaches are essential to investigate the in-plane and out-of-plane response of such structures during harmonic and seismic loading excitations. Using a software based on the Distinct Element Method (DEM) of analysis, a three dimensional numerical study has been performed to investigate the parameters affecting the seismic behaviour of colonnades' structural systems. A typical section of the two-storey colonnade of the Forum in Pompeii has been modelled and studied parametrically, in order to identify the main factors affecting the stability and to improve our understanding of the earthquake behaviour of such structures. The model is then used to compare the results between 2D and 3D simulations emphasizing the different response for the selected earthquake records. From the results analysis, it was found that the high-frequency motion requires large base acceleration amplitude to lead to the collapse of the colonnade in a shear-slip mode between the drums. However, low-frequency harmonic excitations are more prominent to cause structural collapse of the two-storey colonnade than the high-frequency ones with predominant rocking failure mode. Finally, the 2D analysis found to be unconservative since underestimates the displacement demands of the colonnade system when compared with the 3D analysis.
The most important features of linear soil-foundation-structure interaction are reviewed, using stochastic modeling and considering kinematic interaction, inertial interaction, and structural distortion as three separate stages of the dynamic response to the free-field motion. The way in which each of the three dynamic stages modifies the spectral density of the motion is studied, with the emphasis being on interpretation of these results, rather than on the development of new analysis techniques. Structural distortion and inertial interaction analysis are shown to be precisely modeled as linear filtering operations. Kinematic interaction, though, is more complicated, even though it has a filter-like effect on the frequency content of the motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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