The effectiveness of a retrofitting method for concrete columns with particular weaknesses is experimentally evaluated and presented in this paper. Structural deficiencies namely the inadequacy of transverse reinforcement and short length of lap splices are very common in columns found in structures built prior to the 1960s and 1970s. Recent earthquakes worldwide have caused severe damages and collapses of these structures. Nevertheless, the importance of improving the load transfer capacity between the deficiently lap-spliced bars is usually underestimated during the strengthening procedures applied in old buildings, though critical for the safety of the residents' lives. Thus, the seismic performance of the enhanced columns is frequently overestimated. The retrofitting approach presented herein involves reinforced concrete jacketing of the column sub-assemblages and welding of the lap-spliced bars to prevent the splice failure and conform to the provisions of modern design Codes. The cyclic lateral loading response of poorly confined original column specimens with insufficient lap splices and the seismic behavior of the retrofitted columns are compared. Test results clearly demonstrate that the retrofitting procedure followed is an effective way of significantly improving the seismic performance of substandard columns found in old buildings.
Floor acceleration plays a major role in the seismic design of nonstructural components and equipment supported by structures. Large floor acceleration may cause structural damage to or even collapse of buildings. For precision instruments in high-tech factories, even small floor accelerations can cause considerable damage in this study. Six P-wave parameters, namely the peak measurement of acceleration, peak measurement of velocity, peak measurement of displacement, effective predominant period, integral of squared velocity, and cumulative absolute velocity, were estimated from the first 3 s of a vertical ground acceleration time history. Subsequently, a new predictive algorithm was developed, which utilizes the aforementioned parameters with the floor height and fundamental period of the structure as the new inputs of a support vector regression model. Representative earthquakes, which were recorded by the Structure Strong Earthquake Monitoring System of the Central Weather Bureau in Taiwan from 1992 to 2016, were used to construct the support vector regression model for predicting the peak floor acceleration (PFA) of each floor. The results indicated that the accuracy of the predicted PFA, which was defined as a PFA within a one-level difference from the measured PFA on Taiwan's seismic intensity scale, was 96.96%. The proposed system can be integrated into the existing earthquake early warning system to provide complete protection to life and the economy.
The reinforced concrete (RC) structures usually suffer large residual displacements under strong motions. The large residual displacements may substantially reduce the anti-seismic capacity of structures during the aftershock and increase the difficulty and cost of structural repair after an earthquake. To reduce the adverse residual displacement, several self-centering energy dissipation braces (SCEBs) have been proposed to be installed to the RC structures. To investigate the seismic responses of the RC structures with SCEBs under the earthquake excitation, an extended Bouc-Wen model with degradation and self-centering effects is developed in this study. The extended model realized by MATLAB/Simulink program is able to capture the hysteretic characteristics of the RC structures with SCEBs, such as the energy dissipation and the degradation, especially the self-centering effect. The predicted hysteretic behavior of the RC structures with SCEBs based on the extended model, which used the unscented Kalman filter (UKF) for parameter identification, is compared with the experimental results. Comparison results show that the predicted hysteretic curves can be in good agreement with the experimental results. The nonlinear dynamic analyses using the extended model are then carried out to explore the seismic performance of the RC structures with SCEBs. The analysis results demonstrate that the SCEB can effectively reduce the residual displacements of the RC structures, but slightly increase the acceleration.
Md Kamrul Hasan Ikbal;Dong Van Nguyen;Seokchul Kim;Dookie Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3472-3484
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2023
The objective of this research is to assess the seismic performance of different types of electrical cabinets in nuclear power plants. The cabinets under investigation are: (a) Case 1: a short single cabinet; (b) Case 2: a tall single cabinet; (c) Case 3: separated cabinets; and (d) Case 4: a combined cabinet with coupling effects. To accurately capture the real behavior of the cabinet, three-dimensional finite element models are developed using ANSYS with connection non-linearity. Frequency domain decomposition (FDD) is used to determine the dynamic properties of the cabinets from shaking table testing data, and these results are utilized to validate the numerical model. The close match between the experimental and numerical results obtained from the modal analysis demonstrates the accuracy of the numerical model. Subsequently, transient structural analysis is performed on the validated models to explore seismic performance. The results show that the acceleration response of the combined cabinet is lower than the single cabinet and the separated cabinet. This observation suggests that top anchors used to combine two different types of cabinets play a crucial role in assessing the efficiency and seismic resistance of electrical cabinets in a nuclear power plant.
Pounding happens when contiguous structures with differing heights vibrate out of line caused by a seismic activity. The situation is aggravated due to the insufficient separation gap between the structures which can lead to the crashing of the buildings or total collapse of an edifice. Countries around the world have compiled building standards to address the pounding issue. One of the strategies recommended is the introduction of the separation gap between structures. AS1170.4-2007 is an Australian standard that requires 1% of the building height as a minimum separation gap between buildings to preclude pounding. This article presents experimental and numerical tests to determine the adequacy of this specification to prevent the occurrence of seismic pounding between steel frame structures under near-field and far-field earthquakes. The results indicated that the recommended minimum separation gap based on the Australian Standard is inaccurate if low-rise structure in a coupled case is utilised under both near and far field earthquakes. The standard is adequate if a tall building is involved but only when a far-field earthquake happens. The research likewise presents results derived by using the ABS and SRSS methods.
In order to verify that the recently proposed two-parameters site classification system and the corresponding site coefficients are suitable for the local geological conditions in Korea, a comparison was conducted with current Korean seismic code, Eurocode-8, NYC DOT seismic code. The design spectrum of the current Korean seismic code is significantly amplified in the long-period range, whereas the other response spectra, including the proposed two-parameters approach, are significantly amplified in the short-period range, which is a typical geological condition in Korea. In addition, based on the results of site response analyses in the specific $10km{\times}10km$ area of Gyeongju, spatial distributions of site coefficients from site-specific seismic response analyses were compared with the proposed site coefficients, as well as those specified in the current Korean seismic code. The site coefficients ($F_a$ and $F_v$) from the current Korean seismic codes show significantly high spatial error distributions compared with those specified by the two-parameters site classification system. Therefore, the proposed system is suitable for regions of shallow bedrock including the Korean peninsula.
The Finite Element (FE) modeling of Reinforced Concrete (RC) under seismic loading has a sensitive impact in terms of getting good contribution compared to experimental results. Several idealized model types for simulating the nonlinear response have been developed based on the plasticity distribution alone the model. The Continuum Models are the most used category of modeling, to understand the seismic behavior of structural elements in terms of their components, cracking patterns, hysteretic response, and failure mechanisms. However, the material modeling, contact and nonlinear analysis strategy are highly complex due to the joint operation of concrete and steel. This paper presents a numerical simulation of a chosen RC column under monotonic and cyclic loading using the FE Abaqus, to assessthe hysteretic response and failure mechanisms in the RC columns, where the perfect bonding option is used for the contact between concrete and steel. While results of the numerical study under cyclic loading compared to experimental tests might be unsuccessful due to the lack of bond-slip modeling. The monotonic loading shows a good estimation of the envelope response and deformation components. In addition, this work further demonstrates the advantage and efficiency of the damage distributions since the obtained damage distributions fit the expected results.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.5
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pp.107-115
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2014
In this study, we examined the seismic isolation effects due to the difference between the center of mass of the building and the center of stiffness of isolation layer. Because the base isolation technique is a technique that is highly dependent on the performance of seismic isolation devices installed on the seismic isolation layer, we have to examine the horizontal stiffness of seismic isolation devices after making them. If difference between the design stiffness and the actual stiffness of the seismic isolation device occurred, a big problem may be generated in the upper members on the seismic isolation layer. The analytical results show that the more eccentricity increases, the more maximum response acceleration, story shear and the member forces of the upper part of the structure increases, and the damage is expected to be in excess. Therefore, it is recommended that if possible, isolation devices have to be designed to coincide the center of mass of the building with the center of stiffness of isolation layer. If not after making isolation devices, they need to be relocated to prevent the eccentricity.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.48-54
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2022
This research describes a quantitative procedure used to estimate the effect of concrete cracking on stiffness degradation of concrete shear walls and provides analytical references for the seismic design of concrete shear walls. As preliminary research on the seismic response of concrete shear walls, nonlinear transient analysis was performed with commercial FE software. The study presents the nonlinear time history analysis results in terms of concrete damage and cracking behavior induced by seismic input motions. By varying the input motions, concrete strength and shear wall thickness, the seismic responses of a shear wall were examined with nonlinear time history analysis, and the progressive cracking behavior and corresponding hysteresis loop were described. Based on the analysis results, frequency and stiffness degradation of the shear wall from progressive concrete damage and cracking were captured with respect to the seismic levels. The results of this study suggest that stiffness degradation from concrete cracking should be appropriately considered when determining the seismic capacity of RC shear wall structures.
Han dong yun;Sun chang ho;Kim ick hyun;Nam, hyung mo
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.27
no.4
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pp.34-42
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2023
Considering the contribution of industrial facilities to the national economy, securing operability against earthquakes is very important. However, the basic concept of current seismic design mainly allows ductile behavior of facilities against large-scale earthquakes and only considers structural safety for the purpose of preventing collapse. In order to secure the operability of industrial facilities, the level of seismic performance to maintain operability may vary depending on the structural behavior characteristics of the industrial facility, and a seismic design method is needed to satisfy this. In this study, a ground storage tanks Nonlinear seismic behavior characteristics(R-μ-T) were analyzed through nonlinear response history analysis, and based on this, a new reliability-based, performance-based seismic design method was proposed.
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