In recent years, to overcome drawbacks related to the aplicati on of classical structural optimization algorithms, various drift design methods based on factores of member displacement participation factors have been developed to size members if they satisfy stiffness criteria. In particular, a resizing algorithm based on dynamic displacement participation factors from the response spectrum analysis has been applied in the drift design of steel structures subjec ted to seismic lateral forces. In this aproach, active members are selected for displacement control based on the displacement participation fa ve members may be taken out and added to the active members for the drift control. The resizing algorithm can be practically and effectively applied to drift design of high-rise buildings however, the inelastic behavior o f the resizing algorithm has not ben evaluated yet. To develop the resizing algorithm considering the performance of nonlinearity as well a s elastic stifness, the evaluation model of resizing algorithm s is developed and aplied to the examples of moment-resisting steel frame, which is one of the simplest structural systems. The inelastic behavior of moment-resisting steel frame designed by the resizing algorithm is also discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.4
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pp.435-442
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2007
Since the Ronan Point apartment collapsed in 1968, researches on the progressive collapse have been intermittently conducted, and the collapse of the World Trade Center twin towers made the researches active again. In the United States guidelines such as GSA (2003) and DoD (2005) were provided for design and analysis of building structures against the progressive collapse. In this study the progressive collapse-resisting capacity of steel moment resisting frames designed by KBC-2005 was investigated using linear elastic static analysis and linear dynamic analysis procedures suggested in the guidelines. The results showed that in accordance with the GSA guideline the moment frame designed only for gravity load turned out to be vulnerable to the progressive collapse, whereas the lateral load resisting frame designed for earthquake load satisfied the criteria for progressive collapse. However both systems sailed to satisfy the criteria of the DoD-2005 guideline.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.2
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pp.74-85
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2016
Seismic design of modular structures is usually carried out under the assumption that their load-carrying mechanism is similar to that of traditional steel moment-resisting frames(SMRFs). However, the load carry mechanism of modular structures would be different with that of traditional SMRFs because of their overlapped structural elements and complicated details of connections for the assembly of the unit-modules. In this study, nonlinear static analyses of 3 and 5-story prototype modular structures have been carried out with four different analytical models, which are established in consideration for the effects of overlapped elements and the hysteretic behavior of connections. Prototype structures present different lateral stiffness and strength depending on the modeling of overlapped elements and the rotational behavior of connections. For modular structures designed under assumption that overlapped structural elements are fully composite each other and connections between unit-modules are fixed, their lateral strength and stiffness can be over-estimated. Furthermore, it is known from the analysis results that modular structures with more than 3-stories would possess relatively low overstrength compared to traditional SMRFs.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.1
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pp.57-65
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2024
In a fire-resistant structure, uncertainties arise in factors such as ventilation, material elasticity modulus, yield strength, coefficient of thermal expansion, external forces, and fire location. The ventilation uncertainty affects thefactor contributes to uncertainties in fire temperature, subsequently impacting the structural temperature. These temperatures, combined with material properties, give rise to uncertain structural responses. Given the nonlinear behavior of structures under fire conditions, calculating fire fragility traditionally involves time-consuming Monte Carlo simulations. To address this, recent studies have explored leveraging machine learning algorithms to predict fire fragility, aiming to enhance efficiency while maintaining accuracy. This study focuses on predicting the fire fragility of a steel moment frame building, accounting for uncertainties in fire size, location, and structural material properties. The fragility curve, derived from nonlinear structural behavior under fire, follows a log-normal distribution. The results demonstrate that the proposed method accurately and efficiently predicts fire fragility, showcasing its effectiveness in streamlining the analysis process.
Unlike field-welded moment frames damaged during the Northridge earthquake, a column-tree moment frame has a tool to control and reduce its seismic behavior. The tool is the girder splice. Girder splices could be designed to be sufficiently ductile and to have a prescribed bending moment capacity. In such a design, during earthquakes, the girder splices would act as ductile "fuses" and limit the magnitude of forces including the bending moment that could be developed in the frame. In Korea, most moment frames arc composed of a column-tree moment frame. Therefore, the elasto-plastic behavior of steel beams with high strength bolted friction splice should be clarified. Furthermore, structural capacities, including energy absorption capacity, must be quantitatively found. This paper discusses an experimental study to clarify elasto-plastic behavior of steel beams with high strength bolted friction splices. A total of 5 specimens were tested. A specimen was fabricated to have a beam splice designed by a full strength method. Other specimens were fabricated to have beam splices with 75%, 50% and 0% capacities compared with the specimen.
For the safe seismic design of buildings, it is necessary to predict the plastic deformation demands of the members as well as the story drift ratio. In the present study, a simple method of estimating the beam plastic rotation was developed for special-moment-resisting steel frame structures designed with strong column-weak beam behavior. The proposed method uses elastic analysis rather than nonlinear analysis, which is difficult to use in practice. The beam plastic rotation was directly calculated based on the results of the elastic analysis, addressing the moment redistribution, the column and joint dimensions, the movement of the plastic hinge, the panel zone deformation, the gravity load, and the strain-hardening behavior. In addition, the rocking effect of the braced frame or core wall on the beam plastic rotation was addressed. For verification, the proposed method was applied to a six-story special-moment frame designed with strong column-weak beam behavior. The predicted plastic rotations of the beams were compared with those that were determined via nonlinear analysis. The beam plastic rotations that were predicted using the proposed method correlated well with those that were determined from the nonlinear pushover analysis.
The composite frame system with reinforced concrete column and steel beam has some advantages in the structural efficiency by complementing the shortcomings between the two systems. The system, however has also a lot of problems in practical design and construction process due to the material dissimilarities. Considering these circumstances, this research is aimed at the development of the composite structural system which enables the steel beams to be connected to the R/C columns with higher structural safety and economy. Basically the proposed connection system is composed of four split tees, structural angles reinforced by stiffener, high strength steel rods, connecting plates and shear plates. The structural tests have been carried out to verify the moment transfer mechanism from beam flange to steel rods or connecting plates through the angle reinforced by siffener. The four prototype specimens have been tested until the flange of beam reached the plastic states. From the tests, no distinct material dissimilarities between concrete and steel have been detected and the stress transfer through wide flange beam - structural angle - high strength steel rod or connecting plate is very favorable.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.563-569
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2016
This paper presents the resizing method of columns and beams that considers column-to-beam strength ratios to simultaneously control the initial stiffness and ductility of steel moment frames. The proposed method minimizes the top-floor displacement of a structure while satisfying the constraint conditions with respect to the total structural weight and column-to-beam strength ratios. The design variable considered in this method is the sectional area of structural members, and the sequential quadratic programming(SQP) technique is used to obtain optimal results from the problem formulation. The unit load method is applied to determine the displacement participation factor of each member for the top floor lateral displacement; based on this, the sectional area of each member undergoes a resizing process to minimize the top-floor lateral displacement. Resizing members by using the displacement participation factor of each member leads to increasing the initial stiffness of the structure. Additionally, the proposed method enables the ductility control of a structure by adjusting the column-to-beam strength ratio. The applicability of the proposed optimal drift design method is validated by applying it to the steel moment frame example. As a result, it is confirmed that the initial stiffness and ductility could be controlled by the proposed method without the repetitive structural analysis and the increment of structural weights.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.2
s.54
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pp.11-17
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2007
In current seismic design practice, the response modification factor (R-factor) is used as a factor to reduce the elastic base shear demand to the design force level. As is well-known, the R-factor is a committee-consensus factor and, as such, highly qualitative and empirical. The relationship between the R-factor and the connection rotation capacity available in a particular structural system has remained a missing link. In this paper, a rational procedure to evaluate the R-factor is proposed. To this end, the relationship between the available connection rotation capacity and the R-factor is defined and quantified using nonlinear pushover analysis. An RRS steel frame designed according to IBC 2000 was used to illustrate and verify the proposed procedure. Nonlinear time history analysis results indicated that the R-factor definition proposed in this study is generally conservative from design perspective.
Kim, Young Ju;Kim, Jae Keon;Oh, Young Suk;Moon, Tae Sup
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.6
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pp.769-777
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2000
This paper presents the results of cyclic seismic performance in relation to beam-panel zone strength ratio of CFT Column to H-beam steel moment connections. Each test specimen consisted of $H-350{\times}175{\times}7{\times}11$ beam(SS400) and ${\boxe}-250{\times}250{\times}9$, ${\boxe}-250{\times}250{\times}12$ column(SPSR400). Main parameter is a column panel zone strength relative to beam strength. Energy absorption capacity available in the specimens ranged from 5.2 to 12.7(tm). If panel zone strength relative to beam strength is too strong or weak, the energy absorption capacity tended to be inferior. About steel moment-resisting frame, the test results of this experiment seem to support the investigation that permitting panel zone yielding shall be more advantageous to enhancing total seismic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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