An innovative high-rise timber-concrete hybrid structure was proposed in previous research, which is composed of the concrete frame-tube structure and the prefabricated timber modules as main structure and substructures, respectively. Considering that the timber substructures are built on the concrete floors at a different height, the floor response spectrum is more effective in estimating the seismic response of substructures. In this paper, the floor response spectra of the hybrid structure with different structural parameters were calculated using dynamic time-history analysis. Firstly, one simplified model that can well predict the seismic response of the hybrid structure was proposed and validated. Then the construction site, the mass ratio and the frequency ratio of the main-sub structure, and the damping ratio of the substructures were discussed. The results demonstrate that the peaks of the floor response spectra usually occur near the vibration periods of the whole structure, among which the first two peaks stand out; In most cases, the acceleration amplification effect on substructures tends to be more evident when the construction site is farther from the fault rupture; On the other hand, the acceleration response of substructures can be effectively reduced with an appropriate increase in the mass ratio of the main-sub structure and the damping ratio of the substructures; However, the frequency ratio of the main-sub structure has no discernible effect on the floor response spectra. This study investigates the characteristics of the floor response spectrum of the novel timber-concrete structure, which supports the future applications of such hybrid structure in high-rise buildings.
This paper deals with the response spectra analysis method of the secondary structures including the correlation effect between the nonuniform multiple support excitations. Based on the random vibration theory, the multiple floor response spectra and the cross-correlation coefficient spectra of the floor motions are derived from the design ground response spectra. The example analysis results show that the proposed method yields more accurate results than those by the conventional multiple floor response spectra method without the correlation effects of the support motions. The present method may be easily employed in the seismic design of the secondary structures in engineering practice.
An approximate analysis is presented for multi-story setback buildings subjected to ground motions. Setback buildings with mass and stiffness discontinuities are common in modern architecture and quite often they are asymmetric in plan. The proposed analysis provides basic dynamic data (frequencies and peak values of base resultant forces) and furthermore an overview of the building response during a ground excitation. The method is based on the concept of the equivalent single story system, which has been introduced by the author in earlier papers for assessing the response of uniform in height buildings. As basic quantities of the dynamic response of elastic setback buildings can be derived by analyzing simple systems, a structural layout of minimum elastic rotational response can be easily constructed. The behavior of such structural configurations, which is basically translational into the elastic phase, is also examined into the post elastic phase when the strength assignment of the various bents is based on a planar static analysis under a set of lateral forces simulating an equivalent 'seismic loading'. It is demonstrated that the almost concurrent yielding of all resisting elements preserves the translational response, attained at the end of the elastic phase, to the post elastic one.
The evaluation of the loss-of-support conditions of frictional beam-to-column connections using simplified numerical models describing the transverse response of a portal-like structure is presented in this paper considering the effects of the seismic-hazard disaggregation. Real earthquake time histories selected from European Strong-motion Database (ESD) are used to show the effects of the seismic-hazard disaggregation on the beam loss-of-support conditions. Seismic events are classified according to different values of magnitudes, epicentral distances and soil conditions (stiff or soft soil) highlighting the importance of considering the characteristics of the seismic input in the assessment of the loss-of-support conditions of frictional beam-to-column connections. A rigid and an elastic model of a frame of a precast industrial building (2-DoF portal-like model) are presented and adopted to find the minimum required friction coefficient to avoid sliding. Then, the mean value of the minimum required friction coefficient with an epicentral distance bin of 10 km is calculated and fitted with a linear function depending on the logarithm of the epicentral distance. A complete parametric analysis varying the horizontal and vertical period of vibration of the structure is performed. Results show that the loss-of-support condition is strongly influenced by magnitude, epicentral distance and soil conditions determining the frequency content of the earthquake time histories and the correlation between the maxima of the horizontal and vertical components. Moreover, as expected, dynamic characteristics of the structure have also a strong influence. Finally, the effect of the column nonlinear behavior (i.e. formation of plastic hinges at the base) is analyzed showing that the connection and the column are a series system where the maximum force is limited by the element having the minimum strength. Two different longitudinal reinforcement ratios are analyzed demonstrating that the column strength variation changes the system response.
Recent test results of steel moment connections repaired with a haunch on the bottom side of the beam have been shown to be a very promising solution to enhancing the seismic performance of steel moment-resisting frames. Yet, little is known about the effects of using such a repair scheme on the global seismic response of structures. When haunches are incorporated in a steel moment frame, the response prediction is complicated by the presence of "dual" panel zones. To investigate the effects of a repair on seismic performance, a case study was conducted for a 13-story steel frame damaged during the 1994 Northridge earthquake. It was assumed that only those locations with reported damage would be repaired with haunches. A new analytical modeling technique for the dual panel zone developed by the author was incorporated in the analysis. Modeling the dual panel zone was among the most significant consideration in the analyses. Both the inelastic static and dynamic analyses did not indicate detrimental side effects resulting from the repair. As a result of the increased strength in dual panel zones, yielding in these locations were eliminated and larger plastic rotation demand occurred in the beams next to the shallow end of the haunches. Nevertheless, the beam plastic rotation demand produced by the Sylmar record of 1994 Northridge earthquake was still limited to 0.017 radians. The repair resulted in a minor increase in earthquake energy input. In the original structure, the panel zones should dissipate about 80% (for the Oxnard record) and 70% (for the Sylmar record) of the absorbed energy, assuming no brittle failure of moment connections. After repair, the energy dissipated in the panel zones and beams were about equal.
This paper presents a complete and consistent formulation to study the seismic response of a free-standing ship supported by an arrangement of n keel blocks which are all located in a dry dock. It is considered that the foundation of the system is subjected to both horizontal and vertical in plane excitation. The motion of the system is classified in eight different modes which are Rest (relative), Sliding of keel blocks, Rocking of keel blocks, Sliding of the ship, Sliding of both keel blocks and the ship, Sliding and rocking of keel blocks, Rocking of keel blocks with sliding of the ship, and finally Sliding and rocking of keel blocks accompanied with sliding of the ship. For each mode of motion the governing equations are derived, and transition conditions between different modes are also defined. This formulation is based on a number of fundamental assumptions which are 2D idealization for motion of the system, considering keel blocks as the rigid ones and the ship as a massive rigid block too, allowing the similar motion for all keel blocks, and supposing frictional nature for transmitted forces between contacted parts. Also, the rocking of the ship is not likely to take place, and the complete ship separation from keel blocks or separation of keel blocks from the base is considered as one of the failure mode in the system. The formulation presented in this paper can be used in its entirety or in part, and they are suitable for investigation of generalized response using suitable analytical, or conducting a time-history sensitivity analysis.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.1
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pp.7-13
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2011
Accurate response analysis of long span bridges subjected to seismic excitation is important for earthquake hazard mitigation. In this paper, the performance of a typical four span continuous reinforced concrete bridge model subjected to asynchronous multiple seismic excitations at the supports is investigated in both the time and frequency domains and the results are compared with that from a relevant uniform support excitations. In the time domain analysis, a linear modal superposition approach is used to compute the peak response values. In the frequency domain analysis, linear random vibration theory is used to determine the root mean square response values where the cross correlation effects between the modal and the support excitations on the seismic response of the bridge model are included. From the two sets of results, a practical range of peak factors which are defined to be the ratio of peak and the root mean square responses are suggested for displacements and forces in members. With reliable practical values of peak factors, the frequency domain analysis is preferred for the performance based design of bridges because of the computational advantage and the generality of the results as the time domain analysis only yields results for the specific excitation input.
Kim, Taehyeon;Hong, Sanghyun;Oh, Jongwon;Roh, Hwasung
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.6
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pp.219-226
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2022
The seismic responses of traffic light poles are investigated using a finite element analysis. Among the traffic light poles, single- and bi-directional traffic light poles are considered since such poles are frequently installed on vehicle roads. For a more detailed investigation, three different lengths of the mast arm are considered for each directional pole. For a time-history analysis, six actual and two artificial earthquakes are considered and applied to each direction of the poles (x and y) to investigate which direction input provides more significant responses due to the unsymmetrical structural shape. Herein, the x and y directions are respectively parallel and perpendicular based on the single mast pole case. From the analysis results, the average maximum displacement response is developed with the x-direction input case for both types of light poles. Also, the bi-directional traffic light poles show a 13% larger response than the single-directional traffic light poles. Even though the y-direction input case produces a smaller response, the response difference between the single- and bi-directional light poles considerably increases by about 60%. The average maximum acceleration responses are almost similar for both types of light poles.
Mohammad Mahmoudi;Abbas Ghasemi;Shahriar Tavousi Tafreshi
Structural Engineering and Mechanics
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v.91
no.5
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pp.469-486
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2024
Electric transformers are major components of electrical systems, and damage to them caused by earthquakes can result in significant financial loss. The current study modeled a three-dimensional (3D) isolated electrical transformer under horizontal and vertical records from different earthquakes. Instead of using fixed coefficients, an improved wavelet method has been used to create the greatest compatibility between the response spectra and the target spectrum. This method has primarily been used for dynamic analysis of isolated structures with spring-damper devices because it has shown greater accuracy in predicting the response of such structures. The effect of the nonlinear soil-structure interaction on the probability of transformer failure also has been investigated. Soil and structure interaction modeling was carried out using a beam on a nonlinear Winkler foundation. The effect of the nonlinear soil-structure interaction during dynamic analysis of transformers revealed that the greatest increase in the probability of transformer failure was in the fixed-base condition when the structure was located on soft soil. This intensified the response of the structure and increased the probability of transformer failure by up to 27% for far-field and up to 95% for near-field ground motions. A comparison of the results indicates that the use of 3D isolation systems in transformers in areas with soft clay that are subject to near-field ground motions can strongly reduce the probability of failure and improve the seismic performance of the transformer.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.385-392
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2014
The isolators have been generally used to reduce a seismic force. If the isolators apply to the nuclear power plants(NPPs), the durability and capacity for the structures and equipments should be ensured during the life time. In this study, the long-term behavior of isolated NPPs was analyzed for ensuring the seismic safety. The properties of isolator due to the age-related degradation were analyzed. And the seismic behavior of isolated buildings was analyzed by considering the aging of rubber bearings in different temperature environments. According to the analysis results, the natural frequency of structures was increased with time. But the maximum acceleration and maximum displacement of isolated structures have not changed significantly. Although the damaged of structure did not occurred by aging of isolators, it was presented that the spectral acceleration at the target frequency of isolated structure increased with the temperature. Therefore the isolators in the isolated buildings should be carefully designed and manufactured considering the temperature-dependancy of rubber material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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