16(2)0098
-
Upload
cleopatra-cristina-doibani -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of 16(2)0098
![Page 1: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/1.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 1/9
98
T H E S EIS M IC D E S IG N O F A N IN D U S T R IA L C H IM N E Y
WITH ROCKING BASE
R.D.Sharpe , R . I . Sk inner
A B S T R A C T:
A n i n d u s t r i a l r e i n f o r c e d c o n c r e t e c h i m n e y, o f c r u c i f o r m c r o s s - s e c t i o na n d t h i r t y - f i v e me t r e s t a l l , h a s b e e n d e s i g n e d a n d built w i t h t h e h i g h d e g r e eo f s e i s mi c p r o t e c t i o n a f f o r d e d b y a l l o w i n g t h e b a s e t o r o c k d u r i n g l a rg ee a r t h q u a k e s . A s a p r e c a u t i o n a p a i r o f p u r p o s e - ma d e y i e l d i n g s t e e l d a mp e r sh a v e b e e n i n s t a l l e d t o a s s i s t i n t h e c o n t r o l o f t h e mo s t v i o l e n t r e s p o n s et h a t m i g h t o c c u r.
T h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e a d v a n t a g e s i n t h e a d o p t i o n o f t h i s r e v o l u t i o n a r yd e s i g n an d d e s c r i b e s t h e h a n d d y n a mi c a n a l y s i s c a r r i e d o u t d u r i n g t h e d e s i g np r o c e s s . S u b s e q u e n t t i me - h i s t o r y c o mp u t e r a n a l y s i s c a r r i e d o u t t o c o n f i r mt h e d e s i g n me t h o d i s r e p o r t e d o n .
1 . 0 I N T R O D U C T I O N :
D u r i n g t h e d e s i g n o f t h e n e w h a n g a ra n d ma i n t e n a n c e f a c i l i t i e s a t t h e A i rN e w Z e a l a n d E n g i n e e r i n g B a s e a t C h r i s t c h u r c ht h e r e w a s a r e q u i r e me n t f o r a n i n d u s t r i a lc h i mn e y t o b e p r o v i d e d . A s t h i s c h i mn e yw o u l d b e c l o s e t o , a n d a s s o c i a t e d w i t h ,t h e p r e s t i g i o u s h a n g a r a n d m a i n t e n a n c ec o mp l e x an a r c h i t e c t u r a l s o l u t i o n w a ss o u g h t w h i c h w o u l d b e mo r e a p p r o p r i a t et h a n t h e c o n v e n t i o n a l g u y e d c i r c u l a r f l u e .A c c e p t a b l e a r c h i t e c t u r a l a n d e n g i n e e r i n gc r i t e r i a w e r e me t w i t h t h e d e v e l o p m e n t o fa r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e o fc r u c i f o r m c r o s s - s e c t i o n t o w h i c h t h e f l u e sc o u l d b e a t t a c h e d . T h e c h o s e n f o r m
a l l o w s t h e e v e n t u a l d u p l i c a t i o n o f t h ec h i mn e y c a p a c i t y w h i l e i t s f r e e d o m t or o c k g i v e s i t t h e a b i l i t y t o w i t h s t a n dv e r y l a r g e e a r t h q u a k e s w i t h o u t r e q u i r i n gt h e s u b s t a n t i a l r e p a i r s t h a t mo s t r e i n f o r c e dc o n c r e t e s t r u c t u r e s w o u l d n e e d .
i t s f o u n d a t i o n s . O v e r t h e b o t t o m h a l ft h e t o w e r w a s s p l a y e d o u t t o p r o v i d e g r e a t e rr e s i s t a n c e t o o v e r - t u r n i n g a n d f l a n g e s w e r ep roposed fo r the ou te r edges o f the fou rl e g s o f t h e c r u c i f o r m t o i n c r e a s e t h e i rs t a b i l i t y. T h e f i n a l d i me n s i o n s o f t h ec h i mn e y a r e s h o w n i n F i g u r e 1 .
B y b e i n g a b l e t o r o c k , t h e c h i mn e ys u p e r s t r u c t u r e i s p r o t e c t e d f r o m a t t r a c t i n gl a rg e r s e i s mi c mo me n t s a n d s h e a r s t h a nt h o s e r e q u i r e d t o p r o d u c e l i f t - o f f .T h e s u p e r s t r u c t u r e ma y t h e n b e s a f e l yd e s i g n e d t o r e ma i n e l a s t i c u n d e r t h e s el i m i t e d l o a d s . E x t r a d a mp i n g i s p r o v i d e db y t w o s t e e l h y s t e r e t i c d a mp e r s , e a c h o f1 2 0 k N y i e l d f o r c e , p l a c e d a t o p p o s i t e
c o r n e r s o f t h e b a s e .A n y t o r s i o n a l s t i f f n e s s o f t h e c h i mn e y
i s g r e a t l y e n h a n c e d b y t h e a d d i t i o n o fh o r i z o n t a l d i a p h r a g ms o r r i n g b e a ms a tt h r e e i n t e r m e d i a t e l e v e l s .
2 . 0 D E V E L O P M E N T O F T H E D E S I G N :
T h e p r e l i m i n a r y a r c h i t e c t u r a l p r o p o s a l ss h o w e d a r e i n f o r c e d c o n c r e t e t o w e r o fu n i f o r m c r o s s - s e c t i o n w i t h h e i g h t a n di n t e g r a l w i t h i t s f o u n d a t i o n s . T h ec r u c i f o r m s h a p e g a v e f o u r q u a d r a n t s i ne a c h o f w h i c h t h e r e c o u l d b e a t t a c h e d o n ef l u e . T h e a p p l i c a t i o n o f c o n v e n t i o n a le n g i n e e r i n g d e s i g n p r a c t i c e s w o u l d m e a nt h a t t h i s r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r ew o u l d e i t h e r h a v e t o b e d e t a i l e d t o b e h a v ea s a s i n g l e d u c t i l e c a n t i l e v e r s h e a r w a l lo r b e h e a v i l y p e n a l i s e d b y h a v i n g t o h a v ev e r y l a rg e r e s e r v e s o f e l a s t i c s t r e n g t hp r o v i d e d . T h e p r o v i s i o n o f a d u c t i l er e g i o n , a l t h o u g h i t w o u l d b e i n d e e dd i f f i c u l t t o d e t a i l , i mp l i e s t h a t d a ma g em i g h t b e e x p e c t e d w h e n e v e r t h e e a r t h q u a k ei n d u c e d l o a d s a p p r o a c h t h o s e o f t h e d e s i g nl e v e l . I n o r d e r t o ma k e u s e o f t h e p r ot e c t i o n i n h e r e n t i n a d u c t i l e d e s i g n o fs u c h a s i mp l e c a n t i l e v e r l a rg e d e f o r ma t i o n sare requ i red and the tower may be l e f tw i t h a p e r m a n e n t s e t .
T h e o r i g i n a l s h a p e w a s t h e r e f o r emo d i f i e d t o a l l o w t h e c h i mn e y t o r o c k o n
* C h i e f E n g i n e e r, C o mp u t e r S e r v i c e s , B e c aC a r t e r H o l l i n g s & F e r n e r L t d . , C o n s u l t i n gE n g i n e e r s , We l l i n g t o n .
* * C h i e f E n g i n e e r , P h y s i c s a n d E n g i n e e r i n gL a b o r a t o r y, N Z D S I R .
B U L L E T I N O F T H E NE W Z E A L A N D N A T I O N A L S O C I E T Y F OR
3 .0 D E TA I L S O F T H E R O C K I N G M E C H A N I S M :
I t w i l l b e s e e n f r o m a n i n s p e c t i o n o fa c r o s s s e c t i o n a t t h e b a s e o f t h e c h i mn e y( F i g u r e 1) t h a t t h e r e a r e t w o p o s s i b l emo d e s o f r o c k i n g o f t h e s u p e r s t r u c t u r e .R o c k i n g a b o u t t h e a x i s A - A w i l l r e q u i r ea l e s s e r g r o u n d a c c e l e r a t i o n t h a n t h a ta b o u t a x i s B - B a s t h e l a t t e r mo d e i n v o l v e sa g r e a t e r l e v e r - a r m t o t h e c e n t r e o fg r a v i t y o f t h e c h i mn e y. T h e b a s e i s , i ni t s ' at re s t 1 p o s i t i o n , t h e r e f o r e s u p p o r t e da t e a c h o f f o u r p o i n t s , o n e u n d e r e a c ho f the wa l l f l ange s a t the co r ners o f as q u a r e o f s i d e 7 0 5 0 mm. T h e s u p p o r t sare lead sheets of 380 x 380 x 16 mm.To p r o d u c e a p o s i t i v e t r a n s f e r o f h o r i z o n t a ls h e a r b e t w e e n f o u n d a t i o n a n d s u p e r s t r u c t u r ea
5 0 mm d i a . s t a i n l e s s s t e e l v e r t i c a l d o w e l ,w r a p p e d i n a s o f t p r o p r i e t a r y t a p e , p r o t r u d e sf r o m t h e f o u n d a t i o n t h r o u g h e a c h l e a d p a di n t o t h e c h i mn e y b a s e . T h u s , f o r t h ee x p e c t e d r o c k i n g d i s p l a c e m e n t s , t h e c h i m n e ys t r u c t u r e i s p r e v e n t e d f r o m w a l k i n g o f f t h e
f o u n d a t i o n .
The s i ze o f the l ead p la tes i s sucht h a t s t r e s s e s d u e t o th e c h i mn e y ' s d e a dl o a d a r e n o t h i g h e n o u g h t o i n d u c e c r e e ps t r a i n s t h a t w o u l d b e s i g n i f i c a n t i n t h el i f e o f t h e s t r u c t u r e .
E A R T H Q U A K E E N G I N E E R I N G , V O L . 1 6 , N O . 2 , J U N E 1 9 8 3
![Page 2: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/2.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 2/9
99
TYPICAL ELEVATION SECTIONBetween Ground
and Level 1
Figure 1 •• CHIMNEY SUPERSTRUCTURE LAYOUT
![Page 3: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/3.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 3/9
100
4 H Y S T E R E T I C D A M P E R S : o f t h e f l e x i b l e c h i mn e y s u p e r s t r u c t u r e .
A p a r t f r o m t he i n h e r e n t ma t e r i a l d a mping there i s an energy lo s s to the sys temeach t ime one o f the rock ing ' fee t ' comesdown on i t s l ead pad and rad ia tes energyi n t o t h e h a l f - s p a c e b e l o w. E x t r a d a mp i n gi s a c h i e v e d b y p l a c i n g t w o h y s t e r e t i c d a mp e r s( F i g u r e 2 ) d i a me t r i c a l l y o p p o s i t e e a c ho t h e r a t t h e e n d s o f o n e w a l l o f t h e c r u c if o r m. Wi t h t h i s c h o i c e o f p o s i t i o n s atl e a s t o n e d a mp e r w i l l b e e f f e c t i v ew h a t e v e r t h e d i r e c t i o n o f r o c k i n g .D e v e l o p e d b y t h e N Z D S I R an d ma n u f a c t u r e df r o m mi l d s t e e l p l a t e t h e h y s t e r e t i cd a mp e r s a r e t a p e r e d c a n t i l e v e r s s o t h a ty i e l d i n g i s p r o mo t e d a l o n g t h e t a p e r w h e r et h e mo me n t c a p a c i t y v a r i e s a t t h e s a mer a t e a s t h e mo me n t . E a c h d a mp e r r e q u i r e sa for ce of 120 kN to y ie ld i t and s oa s s i s t s i n p r e v e n t i n g t h e c h i mn e y r o c k i n gp r e m a t u r e l y d u r i n g c o m p a r a t i v e l y c o m m o n
w i n d s t o r m s .T h e d e t a i l i n g o f t h e d a mp e r s i s s u c h
t h a t t h e h o l d i n g d o w n b o l t s a r e p o s i t i o n e da w a y f r o m th e c r i t i c a l y i e l d i n g a r e a d u r i n gt h e i r o p e r a t i o n .
5 . 0 W I N D L O A D I N G :
A s w e l l a s b e i n g c h e c k e d b yc o n v e n t i o n a l e m p i r i c a l m e t h o d s f o rp o s s i b l e s u s c e p t i b i l i t y t o v o r t e x s h e d d i n ga n d g a l l o p i n g , a s c a l e mo d e l w a s t r e a t e db y t h e N Z D S I R i n t h e i r w i n d t u n n e l w i t h o u ta n y u n u s u a l e f f e c t s b e i n g r e c o r d e d .
6 .0 M E T H O D O F A N A L Y S I S :
6 . 1 I n t e r n a l F o r c e s -
A l t h o u g h t r u e n o r ma l mo d e s d o n o te x i s t i n a n o n - l i n e a r s y s t e m, s u c h a s ar o c k i n g t o w e r, mo d a l c o n c e p t s ma y b e u s e d t oo b t a i n a p p r o x i ma t e s e i s mi c f o r c e s a n d d e f o r ma t i o n s f o r a r e l a t i v e l y r i g i d t o w e r . T h ec h i mn e y i s t h u s t r e a t e d a s r i g i d w h e nc a l c u l a t i n g f o r c e s and t h e d e f o r ma t i o n so f on ly th i s f i r s t ( rock ing ) mode a rei n c l u d e d w h e n c a l c u l a t i n g s i d e s w a y. I t i st h i s a p p r o a c h w h i c h w a s u s e d w h e n d e s i g n i n gt h i s c h i m n e y.
B y ma k i n g t h e r i g i d b o d y a s s u mp t i o n
the shape o f the f i r s t ( rock ing ) mode mayb e t a k e n a s t r i a n g u l a r w h e n c o mp u t i n g f o r c e s .T h e h i g h e r r o c k i n g m o d e s , w i t h t h e i r i n s i gn i f i c a n t d e f o r m a t i o n s h a v e n o n - r e s o n a n tr e s p o n s e s w h i c h a r e i n p h a s e . 1 1 g 1
h o r i z o n t a l l o a d s w e r e a p p l i e d t o c o mp u t e t h ef o r c e s i n t h e f i r s t t r i a n g u l a r mo d e( F i g u r e 3 ) . H a v i n g a s s u me d t h a t a l l t h er o c k i n g a c t i o n i s i n c l u d e d i n t h e f i r s t mo d ei t i s a s i mp l e ma t t e r t o e q u a t e t h e b a s em o m e n t c o r r e s p o n d i n g t o t he t r i a n g u l a rmo d e s h a p e t o t h e o v e r - t u r n i n g mo me n t o ft h e r i g i d c h i mn e y .
U n d e r t h e c o n d i t i o n w h e r e t h e r e i sb e i n g a c o n s t a n t g r o u n d a c c e l e r a t i o n o f1 g a p p l i e d t o t h e b a s e o f t h e c h i m n e y,i t f o l l o w s t h a t t h e s u m o f t h e c h i mn e y 1 sl a t e r a l f o r c e s a r i s i n g f r o m mo d e s h i g h e rt h a n t h e f i r s t ( t r i a n g u l a r ) mo d e mu s t b et h e d i f f e r e n c e o f t h e 1 g l a t e r a l l o a d s a n dt h e f i r s t mo d e l o a d s c o mp u t e d a s s u mi n g at r i a n g u l a r mo d e s h a p e . T h e r i g i db o d y r o c k i n g mo d e h a s t h e r e f o r e b e e nd i v o r c e d f r o m th e m o r e c o n v e n t i o n a l m o d e s
The fo rces tha t a re ac t ing on thec h i mn e y w h e n i t i s r o c k i n g a r e t h e r e f o r ema d e u p o f a f i x e d c o mp o n e n t d e r i v e df r o m t h e f i r s t mo d e r o c k i n g c r i t e r i o n a n da c o m p o n e n t d e r i v e d b y c o n v e n t i o n a lr e s p o n s e s p e c t r a c o n s i d e r a t i o n s a p p l i e dt o a l l s i g n i f i c a n t mo d e s h i g h e r t h a n t h ef i r s t*
6 .2 D i s p l a c e me n t s -
To f i n d t h e ma x i mu m l i k e l y d i s p l a c eme n t o f t h e c h i mn e y t h e a p p r o x i ma t e r i g i dr o c k i n g mo d e l o f F i g u r e 4 w a s u s e d . T h ef i r s t s t e p w a s t o o b t a i n t h e ma x i mu md i s p l a c e me n t o f t h e e q u i v a l e n t s i n g l emass m. I t i s shown by New mark e t a l(1) tha t an app ro x im ate va l ue fo r the
m a x i m u m d i s p l a c e m e n t o f a s i n g l e - m a s s n o nl inear sy s tem can be g iven by tha t o f an
e q u i v a l e n t l i n e a r r e s o n a t o r f o r w h i c ha p p r o p r i a t e v a l u e s o f e q u i v a l e n t p e r i o da n d e q u i v a l e n t d a mp i n g a r e d e f i n e d . T h i st e c h n i q u e h a s b e e n u s e d b y S k i n n e r e t a l ( 2 )a n d t h e a p p r o x i ma t e c o r r e c t n e s s o f t h eme t h o d h a s b e e n c o n f i r m e d b y d e t a i l e d a n a lys i s .
T h e l a t e r a l r e s i s t a n c e o f t h e mo d e lo f F i g u r e 4 i s o f a c o n s t a n t s t i f f n e s sf o r m u p t o t h e p o i n t a t w h i c h p i v o t i n ga b o u t o n e s u p p o r t c o mme n c e s a n d t h e n i s o fc o n s t a n t f o r c e f o r g r e a t e r l a t e r a l d i sp l a c e m e n t s . T h i s l o a d - d i s p l a c e m e n tr e l a t i o n s h i p i s t h e s a me a s t h a t f o r a ne l a s t o p l a s t i c s i n g l e - m a s s r e s o n a t o r.N e w ma r k (1 ) s h o w s i t s e f f e c t i v e p e r i o d t obe
_ 13 u 1 + ] j? (i)
w h e r e
and
= p e r i o d f o r d e f o r ma t i o n s l e s st h a n t h o s e w h i c h w i l l c a u s er o c k i n g .
= m a x i m u m l a t e r a l d i s p l a c e m e n to f s i n g l e ma s sl a t e r a l d i s p l a c e me n t a tc o mme n c e me n t o f r o c k i n g
Equ a t i on ( i) may be rea r ra nge d to g ive
4
3/g 1 2 T Ffo_
D (ii)
w h e r e
and
m a x i m u m l a t e r a l d i s p l a c e m e n t o fma s s
l a t e r a l f o r c e a t c o mme n c e me n to f r o c k i n gw e i g h t o f s i n g l e ma s s
T h e h y s t e r e t i c d a mp e r s f o r t h e s t e p p i n gc h i mn e y w e r e c h o s e n t o gi v e an e f f e c t i v ed a mp i n g o f f i v e p e r c e n t o f c r i t i c a l f o rt h e r o c k i n g ' mo d e ' o f t h e c h i mn e y a n dt h i s , t h e r e f o r e w a s t h e v a l u e a s s u me d f o rt h e e q u i v a l e n t l i n e a r r e s o n a t o r t or e p r e s e n t t h e mo d e l o f F i g u r e 4 .
6 .3 H y s t e r e t i c D a mp e r S i z e -T h e v e r t i c a l c o u l o mb d a mp e r f o r c e
r e q u i r e d t o g i v e a n e f f e c t i v e d a mp i n gf a c t o r o f f i v e p e r c e n t o f c r i t i c a l w a so b t a i n e d b y n o t i n g t h a t a r e c t a n g u l a rh y s t e r e s i s l o o p g i v e s a d a mp i n g f a c t o ro f 6 3 % (N e w ma r k ( 1 ) ) . T h i s ma y b ee x p r e s s e d a s
![Page 4: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/4.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 4/9
101
PLAN VIEW OF DAMPER
Figure 2 : DETAILS OF HYSTERETIC DAMPERS
i \\ /
/ /
/ /
/
/
RIGID
^
IN
1st Mode Higher Modes
Figure IDEALISATION OF ROCKING MODES
Figure MODEL OF SINGLE MASS ROCKING CHIMNEY
![Page 5: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/5.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 5/9
102AXIS LATERAL FORCE
FOR UPLIFT,f W0
MAX. MASSDISPLACEMENT (mm)
DAMPERUPLIFT (mm)
A-A(minor)
0.165 W ± 104 25
B-B(major)
0 233 W± 69 23
TABLE : MAXIMUM DISPLACEMEN TS AND UPLIFTS FOREL CENTRO SIZED EARTHQUAKES
a? 200
Q
150
100
50
0-0
T0 - 1.
Dampng Factor of 0 05
•10 20Resonator Perio d, ^ (s)
Figure 5 : AVERAGE DISPLACEMENT RESPONSE SPECTRUM
![Page 6: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/6.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 6/9
103
Q 400
300
200
100
0
ResondDr Spine Curve
Lhecr for Lateral Force < f 0 W/P a
Zero Slope for Lateral Force > foW/P a
Z I Mass Displacement
— Mass Displacementdue to uplift
0 0 1 0 2
Normalised Uplift Factor
Figure 6 : MAXIMUM DISPLACEMENT vs UPLIFT FACTOR
![Page 7: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/7.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 7/9
104
F +F
w h e r e
__A63 (i i i )
and
A
v e r t i c a l f o r c e a t d a mp e rt o l i f t w e i g h t o f c h i mn e y
h y s t e r e t i c d a mp e r f o r c e
e f f e c t i v e d a m p i n g p e r c e n t a g e
A p p r o x i m a t e l y t h e n
F_ (1 + —± 63 63 r V (iv)
A s s u mi n g t h a t t h e c h i mn e y a n d f o u n da t i o n h y s t e r e s i s p r o v i d e a n e f f e c t i v edamping o f 5% fo r mo t ion up to the onse to f s t e p p i n g t h e n e q u a t i o n ( iv ) r e d u c e st o
0. 0 86 F.
d i r e c t i o n s o f r o c k i n g i n Ta b l e 1 .
T h e l i k e l y d i s p l a c e me n t f o r a n yr e c o r d e d e a r t h q u a k e f o r w h i c h t h e r e i sa d i s p l a c e me n t s p e c t r u m a v a i l a b l e ma y b e
s i mi l a r l y c a l c u l a t e d f o r t h e r o c k i n gs y s t e m.
I t s h o u l d b e n o t e d t h a t l o a d si n c r e a s e o n l y s l o w l y w i t h i n c r e a s e dma x i mu m a c c e l e r a t i o n ( i . e . w i t h s c a l i n gf a c t o r P ^ ) w h i l e d i s p l a c e me n t a n d r o c k i n gi n c r e a s e s u b s t a n t i a l l y w i t h i n c r e a s e ds p e c t r a l v e l o c i t y.
F o r t h i s c h i mn e y , d i s p l a c e me n t s o ft w i c e t h o s e g i v e n b y Ta b l e 1 w e r e a d o p t e db e c a u s e o f t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h eC h r i s t c h u r c h a r e a m a y e x p e r i e n c e r a t i o so f s p e c t r a l v e l o c i t y t o m a x i m u m a c c e l e ra t i o n s o me w h a t g r e a t e r t h a n t h o s e f o r t h eE l C e n t r o M a y 1 8 , 1 9 4 0 t y p e e a r t h q u a k e s .
V 7.0 T I M E - H I S T O RY A N A LY S I S :
The va lue o f F Q can then be found
s i mp l y b y c o n s i d e r a t i o n o f t h e o v e rt u r n i n g mo me n t t o c a l c u l a t e F ^ .
6 .4 S p e c t r a l M o d a l R e s p o n s e
S p e c t r a l c u r v e s w h i c h r e l a t e , f o ra s p e c i f i e d r e c o r d e d e a r t h q u a k e , t h em a x i m u m d i s p l a c e m e n t s t h a t w o u l d h a v eb e e n e x p e r i e n c e d b y s i n g l e ma s s r e s o n a t o r sw i t h v a r i o u s p e r i o d s a n d d a mp i n g f a c t o r sa r e a v a i l a b l e ( 3 ) . F o r t h e p u r p o s e s o f
t h i s d e s i g n t h e w e i g h t e d a n d a v e r a g e dres pon se spe c t r a (Tab le 1 (3 ) ) o f an u mb e r o f r e c o r d e d e a r t h q u a k e s w e r e u s e d .T h e w e i g h t i n g w a s i n t e n d e d t o g i v e e a c ho f t h e c o n s t i t u e n t e a r t h q u a k e s a p p r o xi ma t e l y t h e s a me 1 s i ze ' a s tha t wh i cho c c u r r e d a t E l C e n t r o , C a l i f o r n i a o nMa y 18 , 1940 (N-S c o m p o n e n t ) . F i g u r e 5s h o w s t h e r e s u l t i n g d i s p l a c e m e n t s p e c t r u mf o r 5 % o f c r i t i c a l d a mp i n g . A l s o p l o t t e do n t h i s f i g u r e a r e t h e r e l a t i o n s h i p so f equ a t i on ( i i) fo r To = 0 and T 0 = 1s e c o n d . T h e s e r e l a t i o n s h i p s a r e g i v e nf o r v a r i o u s v a l u e s o f f 0 whe re P i s
p -a
a l i n e a r f a c t o r b y w h i c h t h e a v e r a g e de a r t h q u a k e a n d i t s r e s u l t i n g d i s p l a c e m e n ts p e c t r u m mi g h t b e s c a l e d .
I n t e r c e p t s w i t h t h e s p e c t r a l c u r v eg i v e t h e r e l a t i o n s h i p s p l o t t e d i n F i g u r e 6 .
T h e f i r s t n a t u r a l p e r i o d o f t h e c h i mn e y(befo re rock ing ) was found to be T 0 = 0 434
s e c o n d s i n b o t h p r i n c i p a l d i r e c t i o n s .T h e g e o me t r y o f t h e c h i mn e y d i c t a t e s t h ed i m e n s i o n l e s s f o r c e s f 0 t o j u s t p r o d u c eroc k i ng to be 0 .165 and 0 .2 33 fo r them i n o r a n d m a j o r a x es r e s p e c t i v e l y.
A n e s t i m a t e o f th e l i k e l y d i s p l a c eme n t r e s p o n s e t o t h e a v e r a g e d e a r t h q u a k e s
may then be found f rom F ig u re 6 . Ther e s u l t s f o u n d a p p l y t o t h e e q u i v a l e n ts i n g l e - ma s s r o c k i n g mo d e l o f F i g u r e 4 .A s s u mi n g a g a i n t h e a p p r o x i ma t i o n o f t h ec h i m n e y 1 s r o c k i n g mo d e s h a p e b e i n gt r i a n g u l a r, i t i s t h en a s i mp l e m a t t e rt o p r o d u c e e q u i v a l e n t m a x i m u m l a t e r a ld i s p l a c e me n t s f o r t h e c h i mn e y t o p .T h e s e a r e p l o t t e d f o r b o t h p r i n c i p a l
A l t h o u g h i t w a s t h o u g h t t h a t t h ep r e v i o u s l y d e s c r i b e d h a n d a n a l y s i s w a ss u f f i c i e n t l y a c c u r a t e f o r t h e d e s i g n o ft h e r o c k i n g c h i mn e y, t h e r e l a t e r a r o s e a no p p o r t u n i t y t o p e r f o r m a c o mp u t e r a n a l y s i st o g i v e t h e t i me - h i s t o r y r e s p o n s e o f t h es t r u c t u r e s u b j e c t e d t o t h e N - S c o mp o n e n to f t i me - h i s t o r y r e s p o n s e o f t h e s t r u c t u r es u b j e c t e d t o t h e N - S c o mp o n e n t o f t h eE l C e n t r o , M a y 1 8 , 1 9 4 0 e a r t h q u a k e . F o rs i mp l i c i t y t h e c h i mn e y w a s mo d e l l e d a sa t w o - d i m e n s i o n a l s t r u c t u r e . T h e p a r ti c u l a r e l e v a t i o n c h o s e n w a s t h a t c o r r e s
p o n d i n g t o th e s u p e r s t r u c t u r e r o c k i n ga b o u t i t s ma j o r a x i s .
7 . 1 T h e C o mp u t e r M o d e l -
T h e i n e l a s t i c d y n a mi c a n a l y s i sp r o g r a m D R A I N - 2 D d e v e l o p e d b y K a n a a nand Powel l (4) was u se d to mod e l a s imp ler e p r e s e n t a t i o n o f t h e p r o p o s e d c h i m n e y.T h i s mo d e l , d e p i c t e d i n F i g u r e 7 , i s ma d eu p o f a n a s s e mb l a g e o f s i mp l e b e a m t y p em e m b e r s w h o s e i n d i v i d u a l s t i f f n e s s e s a r ec o mb i n e d t o g i v e a n o v e r a l l s t i f f n e s sf o r t h e s t r u c t u r e . M a s s i s a p p o r t i o n e dto the model in a lumped fo rm a t the jo in t sb e t w e e n m e m b e r s w h e r e a p p r o p r i a t e . T h i sma s s w i l l a t t r a c t b o t h h o r i z o n t a l a n dv e r t i c a l i n e r t i a l o a d i n g s . T h e a b i l i t yt o r o c k i s g i v e n t o t h e mo d e l b y mo d e l l i n gt h e s u p p o r t s w i t h a d e v i c e w h i c h w i l l r e s i s tc o mp r e s s i o n l o a d s o n l y. T h i s i s a c h i e v e db y i n c l u d i n g o n e o f t h e c o mp u t e r p r o g r a m ' st r u s s e l e me n t s a t e a c h s u p p o r t . T h e s ee l e me n t s c a n b e s p e c i f i e d t o a s t o r e s i s tt e n s i l e f o r c e s o n l y . A n i n s p e c t i o n o fF i g u r e 7 w i l l s h o w h o w t h i s f e a t u r e c a nb e e f f e c t i v e l y r e v e r s e d .
N o a t t e mp t w a s ma d e t o i n c l u d e t h er e s t o r i n g e f f e c t o f t h e p o t e n t i a l e n e rg ya s s o c i a t e d w i t h t h e s ma l l l i f t i n g o f t h ec e n t r e o f t o t a l ma s s o f t h e c h i mn e yd u r i n g r o c k i n g . L i k e w i s e , t h e d i s s i p a t i o no f e n e rg y o n t h e i mp a c t o f t h e f o u n d a t i o nb e a m o n t h e l e a d p a d s w a s i g n o r e d . B e c a u s et h e e x p e c t e d ma g n i t u d e o f t h e p e r i o d o fr o c k i n g w o u l d i mp l y r e a s o n a b l e s l o w i mp a c tv e l o c i t i e s , an e c o n o m i c a l i n t e g r a t i o n t i m e -s t e p o f 0 . 01 s w a s s e l e c t e d .
![Page 8: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/8.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 8/9
105
Chimney
LunrpedMass
Support Pad
Truss member whichbuckles undercompression
(See below for hysteress)
ChimneySuperstructure
725.
DETAIL ADamper modelled ascantilever with cbi-linear hysteretic myielding n bending ^
K Stiffnessof lead pad
\f Displacement
Damper r CHARACTERISTICS OF TRUSS) SUPPORT
Figure 7 : ROCKING CHIMNEY MODEL FOR TIME- HISTORY ANALYSIS
Top of Chimney horizontal dispL)
North Foot'(vertical displ.
South'Foot' vertical displ.)
Earth qua keE l Centro, May 18.1940N-S Component
Figure 8 -DISPLACEMENT RESPONSE OF CHIMNEY SUPERSTRUCTURE
![Page 9: 16(2)0098](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052406/577cc98b1a28aba711a40817/html5/thumbnails/9.jpg)
8/12/2019 16(2)0098
http://slidepdf.com/reader/full/1620098 9/9