An effective seismic retrofit scheme for inverted V braced (or chevron type) steel frames was proposed by studying the redistribution of forces in the post-buckling range. The steel frames with chevron bracing are highly prone to soft story response once the compression brace buckles under earthquake loading. This paper shows that the seismic performance of such frames could be significantly improved by supplying tie bars to redistribute the inelastic deformation demand over the height of the building. A practical design method of the retrofit tie bars was also proposed by considering the sequence of buckling occurrence.
When an eccentrically braced frame (EBF) is subjected to severe earthquakes, the links experience inelastic deformations while beams outside of the link, braces and columns are designed to remain elastic. To perform reliable inelastic analyses of EBFs sufficient analytical model which can accurately predict the inelastic performance of the links is needed. It is said in the literature that available analytical models for shear links generally predict very well the maximum shear forces and deformations from experiments on shear links, but may underestimate the intermediary values. In this study it is shown that available analytical models do not predict very well the maximum shear forces and deformations too. In this study an analytical model which can accurately predict both maximum and intermediary values of shear force and deformation is proposed. The model parameters are established based on test results from several experiments on shear links. Comparison of available test results with the hysteresis curves obtained using the proposed analytical model established the accuracy of the model. The proposed model is recommended to be used to perform inelastic analyses of EBFs.
Using vertical links in eccentric braced frames is one of the best passive structural control approaches due to its effectiveness and practicality advantages. However, in spite of the subject importance there are limited studies which evaluate the seismic reliability and response reduction factor (R-factor) in this system. Therefore, the present study has been conducted to improve the current understanding about failure mechanism in the structural systems equipped with vertical links. For this purpose, following definition of demand and capacity response reduction factors, these parameters are computed for three different buildings (4, 8 and 12 stories) equipped with this system. In this regards, pushover and incremental dynamic analysis have been employed, and seismic reliability as well as multi-level response reduction factor according to the seismic demand and capacity of the frames have been derived. Based on the results, this system demonstrates high ductility and seismic energy dissipation capacity, and using the response reduction factor as high as 8 also provides acceptable reliability for the frame in the moderate and high earthquake intensities. This system can be used in original buildings as lateral load resisting system in addition to seismic rehabilitation of the existing buildings.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.3
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pp.193-203
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2003
This paper highlights research being conducted to identify ground motion and structural characteristics that control the response of concentrically braced frames using hysteretic damper, unbonded brace, and to identify improved design procedures and code provisions. The focus of this paper is on the seismic response of six story concentrically braced frames utilizing hysteretic damper. A brief discussion is provided regarding the mechanical properties of such braces and the benefit of their use. Results of detailed nonlinear dynamic analyses are then examined for specific cases to characterize the effect on key response parameters of structural configurations and proportions.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.1
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pp.13-24
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2023
In this study, alternative seismic force-resisting systems for plant structure supporting equipment were designed, and the seismic performance thereof was compared using nonlinear dynamic analysis. One alternative seismic force-resisting system was designed per the requirement for ordinary moment-resisting and concentrically braced frames but with a reduced base shear. The other seismic force-resisting system was designed by accommodating seismic details of intermediate and unique moment-resisting frames and special concentrically braced frames. Different plastic hinge models were applied to ordinary and ductile systems based on the validation using existing test results. The control model obtained by code-based flexible design and/or reduction of base shear did not satisfy the seismic performance objectives, but the alternative structural system did by strengthened panel zones and a reduced effective buckling length. The seismic force to equipment calculated from the nonlinear dynamic analysis was significantly lower than the equivalent static force of KDS 41 17 00. The comparison of design alternatives showed that the seismic performance required for a plant structure could be secured economically by using performance-based design and alternative seismic-force resisting systems adopting minimally modified seismic details.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.39-48
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2022
The energy dissipation of inverted V-type eccentric steel braced frames can be achieved through the yielding of a slit link, through yielding of a number of strips between slits when the frame is subjected to inelastic cyclic deformation. On the other hand, the development of seismic resistance system without residual deformation is obtained by applying the superelasdtic shape memory alloy (SMA) material into the brace and link elements. This paper presents results from a systematic three-dimensional nonlinear finite element analysis on the structural behavior of the eccentric bracing systems subjected to cyclic loadings. A wide scope of structural behaviors explains the horizontal stiffness, hysteretic behaviors, and failure modes of the recentering eccentric bracing system. The accurate results presented here serve as benchmark data for comparison with results obtained using modern experimental testing and alternative theoretical approaches.
The suspended zipper bracing system is suggested to reduce the flaws of ordinary zipper braced and concentric inverted V braced frames. In the design procedure of suspended zipper bracing systems, columns and top story truss elements are strengthened. This bracing system show different performances and characteristics compared with inverted V braced and ordinary zipper frames. As a result, a different response modification factor for suspend zipper frames is needed. In this research paper, the response modification factor of suspended zipper frames was obtained using the incremental dynamic analysis. Suspended zipper braced frames with different stories and bay lengths were selected to be representations of the design space. To analyze the frames, a number of models were constructed and calibrated using experimental data. These archetype models were subjected to 44 earthquake records of the FEMA-P695 project data set. The incremental dynamic analysis and elastic dynamic analysis were carried out to determine the yield base shear value and elastic base shear value of archetype models using the OpenSEES software. The seismic response modification factor for each frame was calculated separately and the values of 9.5 and 13.6 were recommended for ultimate limit state and allowable stress design methods, respectively.
Conventional buckling restrained braces used in concentrically braced frames are expected to yield in both tension and compression without major degradation of capacity under severe seismic ground motions. One of the weakness points of a standard buckling restrained braced frame is the low post-yield stiffness and thus large residual deformation under moderate to severe ground motions. This phenomenon can be attributed to low post-yield stiffness of core member in a BRB. This paper introduces a multi-core buckling restrained brace. The multi-core term arises from the use of more than one core component with different steel materials, including high-performance steel (HPS-70W) and stainless steel (304L) with high strain hardening properties. Nonlinear dynamic time history analyses were conducted on variety of diagonally braced frames with different heights, in order to compare the seismic performance of regular and multi-core buckling restrained braced frames. The results exhibited that the proposed multi-core buckling restrained braces reduce inter-story and especially residual drift demands in BRBFs. In addition, the results of seismic fragility analysis designated that the probability of exceedance of residual drifts in multi-core buckling restrained braced frames is significantly lower in comparison to standard BRBFs.
"A practical architect might not unnaturally conceive the idea of erecting a vast edifice whose frame should be entirely of iron, and clothing the frame--preserving it--by means of a casing of stone…that shell must be regarded only as an envelope, having no function other than supporting itself..." --Viollet-le-Duc, 1868. Viollet-le-Duc's recipe for an encased iron frame foresaw the separation of structural and enclosing functions into discrete systems. This separation is an essential characteristic of skyscrapers today, but at the time of his writing cast iron's brittle nature meant that iron frames could not, on their own, resist lateral forces in tall structures. Instead, tall buildings had to be braced with masonry shear walls, which often also served as environmental enclosure. The commercial availability of steel after the 1880s allowed for self-braced metal frames while parallel advances in glass and terra cotta allowed exterior walls to achieve vanishingly thin proportions. Two Chicago buildings by D.H. Burnham & Co. were the first to match a frame "entirely of iron" with an "envelope" supporting only itself. The Reliance Building (1895) was the first of these, but the Fisher Building (1896) more fully exploited this new constructive typology, eschewing brick entirely, to become the first "building without walls," a break with millennia of tall construction reliant upon masonry
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.6
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pp.1-12
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2012
The researches related to active control systems utilizing superelastic shape memory alloys (SMA) have been recently conducted to reduce critical damage due to lateral deformation after severe earthquakes. Although Superelastic SMAs undergo considerable inelastic deformation, they can return to original conditions without heat treatment only after stress removal. We can expect the mitigation of residual deformation owing to inherent recentering characteristics when these smart materials are installed at the part where large deformation is likely to occur. Therefore, the primary purpose of this research is to develop concentrically braced frames (CBFs) with superelastic SMA bracing systems and to evaluate the seismic performance of such frame structures. In order to investigate the inter-story drift response of CBF structures, 3- and 6-story buildings were design according to current design specifications, and then nonlinear time-history analyses were performed on numerical 2D frame models. Based on the numerical analysis results, it can be comparatively verified that the CBFs with superelastic SMA bracing systems have more structural advantages in terms of energy dissipation and recentering behavior than those with conventional steel bracing systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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