Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.465-472
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2003
In this paper, the displacement-based seismic design approaches are evaluated utilizing shaking-table test data of a 1:3 scaled reinforced concrete (RC) bearing wall structure Provided by IAEA. The maximum responses of the structure are estimated using the two prominent displacement-based approaches, i.e., the capacity spectrum method and the displacement coefficient method, and compared with the measured responses. For comparison purpose, linear and nonlinear time history analyses and response spectrum analysis are also performed. The results indicate that the capacity spectrum method underestimates the response of the structure In inelastic range while the displacement coefficient method yields reasonable values in general.
Concrete pavement may suffer from material deterioration or structural problems, which lead to surface cracks and deflection of a concrete pavement. Degraded concrete pavement, when it is still under operation, should be recovered by an urgent maintenance to avoid the discontinued service leading to the significant traffic problems and economic loss. Seismic techniques are good tools to assess the structural integrity of concrete runway. It is because seismic techniques can evaluate engineering properties nondestructively and quickly and the evaluation can be extended to subgrade. In this study, a series of numerical simulations of stress-wave propagation were performed to verify feasibility of seismic techniques as an assessment tool. Based on the results of the numerical simulation, a framework of using seismic techniques was presented fur the nondestructive integrated assessment fur structural integrity of concrete runway. And the presented framework was applied to $\bigcirc\bigcirc$ concrete runway with surface cracks, which required urgent maintenance, to identify the causes of the surface cracks. The results obtained from the structural integrity assessment were compared with the measurements of the cores collected from the same runway for verification of the presented framework.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.271-277
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2020
There are increasing cases of monitoring the structural response of structures using multiple sensors. However, owing to cost and management problems, limited sensors are installed in the structure. Thus, few structural responses are collected, which hinders analyzing the behavior of the structure. Therefore, a technique to predict responses at a location where sensors are not installed to a reliable level using limited sensors is necessary. In this study, a numerical study is conducted to predict the seismic response of low-rise buildings using limited information. It is assumed that the available response information is only the acceleration responses of the first and top floors. Using both information, the first natural frequency of the structure can be obtained. The acceleration information on the first floor is used as the ground motion information. To minimize the error on the acceleration history response of the top floor and the first natural frequency error of the target structure, the method for predicting the mass and stiffness information of a structure using the genetic algorithm is presented. However, the constraints are not considered. To determine the range of design variables that mean the search space, the parameter prediction method based on artificial neural networks is proposed. To verify the proposed method, a five-story structure is used as an example.
Seismic resisting self-centering bridge piers with high energy dissipation and negligible residual displacement after an earthquake event are focus topics of current structural engineering. The energy dissipation components of typical bridge piers are often relatively single; and exhibit a certain level of damage under earthquakes, leading to large residual displacements and low cumulative energy dissipation. In this paper, a novel socket self-centering bridge pier with a hybrid energy dissipation system is proposed. The seismic resilience of bridge piers can be improved through the rational design of annular grooves and rubber cushions. The seismic response was evaluated through the finite element method. The effects of rubber cushion thickness, annular groove depth, axial compression ratio, and lateral strength contribution ratio of rubber cushion on the seismic behavior of bridge piers are systematically studied. The results show that the annular groove depth has the greatest influence on the seismic performance of the bridge pier. Especially, the lateral strength contribution ratio of the rubber cushion mainly depends on the depth of the annular groove. The axial compression ratio has a significant effect on the ultimate bearing capacity. Finally, the seismic design method is proposed according to the influence of the above research parameters on the seismic performance of bridge piers, and the method is validated by an example. It is suggested that the range of lateral strength contribution ratio of rubber cushion is 0.028 ~ 0.053.
Considering the effect of dynamic response amplification, a reliability analysis of an offshore wind turbine support structure under an earthquake is presented. A reliability analysis based on the dynamic response requires a large amount of time when using not only a level 3 approach but also level 2 such as a first order reliability method (FORM). Moreover, if a limit state is defined by using the maximum stress at a structural joint where stress concentration occurs, a three-dimensional element should be used in the finite element analysis. This makes the computational load much heavier. To deal with this kind of problem, two techniques are suggested in this paper. One is the application of a quasi-static structural analysis that takes the dynamic amplification effect into account. The other is the use of a stress concentration factor to estimate the maximum local stress. The proposed reliability analysis is performed using a level 2 FORM and verified using a level 3 simulation approach.
Kalogeropoulos, George I.;Tsonos, Alexander-Dimitrios G.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.279-293
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2019
The overall seismic performance of existing pre 1960-70s reinforced concrete (RC) structures is significantly affected by the inadequate length of columns' lap-spliced reinforcement. Due to this crucial structural deficiency, the cyclic response is dominated by premature bond - slip failure, strength and stiffness degradation, poor energy dissipation capacity and low ductility. Recent earthquakes worldwide highlighted the importance of improving the load transfer mechanism between lap-spliced bars, while it was clearly demonstrated that the failure of lap splices may result in a devastating effect on structural integrity. Extensive experimental and analytical research was carried out herein, to evaluate the effectiveness and reliability of strengthening techniques applied to RC columns with lap-spliced reinforcement and also accurately predict the columns' response during an earthquake. Ten large scale cantilever column subassemblages, representative of columns found in existing pre 1970s RC structures, were constructed and strengthened by steel or RC jacketing. The enhanced specimens were imposed to earthquake-type loading and their lateral response was evaluated with respect to the hysteresis of two original and two control subassemblages. The main variables examined were the lap splice length, the steel jacket width and the amount of additional confinement offered by the jackets. Moreover, an analytical formulation proposed by Tsonos (2007a, 2019) was modified appropriately and applied to the lap splice region, to calculate shear stress developed in the concrete and predict if yielding of reinforcement is achieved. The accuracy of the analytical method was checked against experimental results from both the literature and the experimental work included herein.
Response spectrum method is still an effective approach for the design of buildings with supplemental dampers. In practice, complex complete quadratic combination (CCQC) rule is always used in the response spectrum method to consider the effect of non-classical damping. The conventional CCQC rule is based on exact complex mode vectors. Sometimes the calculated complex mode vectors may be not excited by the external loading and errors in the structural responses always arise due to the mode truncation. Load-dependent Ritz (LDR) vectors are associated with the external loading and LDR vectors not excited can be automatically excluded. Also, contributions of higher modes are implicitly contained in the LDR vectors in terms of static responses. To improve the calculation efficiency and accuracy, LDR vectors are introduced in the CCQC rule in the present study. Firstly, the generation procedure of LDR vectors suitable for non-classical damping system is presented. Compared to the conventional LDR vectors, the LDR vectors herein are complex-valued and named as complex LDR (CLDR) vectors. Based on the CLDR vectors, the CCQC rule is then rederived and an improved response spectrum method is developed. Finally, the effectiveness of the proposed method in this paper is verified through three typical non-classical damping buildings. Numerical results show that the CLDR vector is superior to the complex mode with the same number in the calculation. Since the generation of CLDR vectors requires less computational cost and storage space, the method proposed in this paper offers an attractive alternative, especially for structures with a large number of degrees of freedom.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.3
s.43
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pp.1-8
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2005
This paper describes a new objective methodology of seismic building damage assessment which is called Advanced Component Method(ACM). ACM is a major attempt to replace the conventional loss estimation procedure, which is based on subjective measures and the opinions of experts, with one that objectively measures both earthquake intensity and the response ol buildings. First, response of typical buildings is obtained analytically by nonlinear seismic static analysis, push-over analyses. The spectral displacement Is used as a measure of earthquake intensity in order to use Capacity Spectrum Method and the damage functions for each building component, both structural and non-structural, are developed as a function of component deformation. Examples of components Include columns, beams, floors, partitions, glazing, etc. A repair/replacement cost model is developed that maps the physical damage to monetary damage for each component. Finally, building response, component damage functions, and cost model were combined probabilistically, using Wonte Carlo simulation techniques, to develop the final damage functions for each building type. Uncertainties in building response resulting from variability in material properties and load assumptions were incorporated in the Latin Hypercube sampling technique. The paper also presents and compares ACM and conventional building loss estimation based on historical damage data and reported loss data.
In this study, the advanced numerical algorithm is developed which can performed the static and dynamic stochastic finite element analysis by considering the effect of uncertainties included in the member stiffness of steel cable-stayed bridges and seismic load. After conducting the linear and nonlinear initial shape analysis, the advanced numerical algorithm is the assessment tool which can performed structural the response analysis considering the static linearity and non-linearity of before or after induced intial tensile force, and examined the reliability assessment more efficiently. The verification of the developed numerical algorithm is evaluated by analyzing the regression analysis and coefficient of correlation using the direct monte carlo simulation. Also, the dynamic response characteristic and coefficient of variation of the steel cable-stayed bridge is calculated by considering the uncertainty of random variables using the developed numerical algorithm. In addition, the quantitative structural safety of the steel cable-stayed bridges is evaluated by conducting the reliability assessment based upon the dynamic stochastic finite element analysis result.
The October 23 2011 Van Earthquake is studied from an earthquake engineering point of view. Strong ground motion processing was performed to investigate features of the earthquake source, forward directivity effects during the rupture process as well as local site effects. Strong motion characteristics were investigated in terms of peak ground motion and spectral acceleration values. Directiviy effects were discussed in detail via elastic response spectra and wide band spectograms to see the high frequency energy distributions. Source parameters and slip distribution results of the earthquake which had been proposed by different researchers were summarized. Influence of the source parameters on structural response were shown by comparing elastic response spectra of Muradiye synthetic records which were performed by broadband strong motion simulations of the earthquake. It has been emphasized that characteristics of the earthquake rupture dynamics and their effects on structural design might be investigated from a multidisciplinary point of view. Seismotectonic calculations (e.g., slip pattern, rupture velocity) may be extended relating different engineering parameters (e.g., interstorey drifts, spectral accelerations) across different disciplines while using code based seismic design approaches. Current state of the art building codes still far from fully reflecting earthquake source related parameters into design rules. Some of those deficiencies and recent efforts to overcome these problems were also mentioned. Next generation ground motion prediction equations (GMPEs) may be incorporated with certain site categories for site effects. Likewise in the 2011 Van Earthquake, Reverse/Oblique earthquakes indicate that GMPEs need to be feasible to a wider range of magnitudes and distances in engineering practice. Due to the reverse faulting with large slip and dip angles, vertical displacements along with directivity and fault normal effects might significantly affect the engineering structures. Main reason of excessive damage in the town of Erciş can be attributed to these factors. Such effects should be considered in advance through the establishment of vertical design spectra and effects might be incorporated in the available GMPEs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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