Reinforced concrete walls and buckling restrained braces are effective structural elements that are used to resist seismic loads. In this paper, the behavior of the reinforced concrete walls coupled with buckling restrained braces is investigated. In such a system, there is not any conventional reinforced concrete coupling beam. The coupling action is provided only by buckling restrained braces that dissipate energy and also cause coupling forces in the wall piers. The studied structures are 10-, 20- and 30-story ones designed according to the ASCE, ACI-318 and AISC codes. Wall nonlinear model is then prepared using the fiber elements in PERFORM-3D software. The responses of the systems subjected to the forward directivity near-fault (NF) and ordinary far-fault (FF) ground motions at maximum considered earthquake (MCE) level are studied. The seismic responses of the structures corresponding to the inter-story drift demand, curvature ductility of wall piers, and coupling ratio of the walls are compared. On average, the results show that the inter-story drift ratio for the examined systems subjected to the far-fault events at MCE level is less than allowable value of 3%. Besides, incremental dynamic analysis is used to examine the considered systems. Results of studied systems show that, the taller the structures, the higher the probability of their collapse. Also, for a certain peak ground acceleration of 1 g, the probability of collapse under NF records is more than twice this probability under FF records.
This paper investigates the seismic response of buildings equipped with Self-Centering Energy Dissipating (SCED) braces. Two-dimensional models of 3, 6, 12 and 16-story SCED buildings considering both material and geometric nonlinearities are investigated by carrying out pushover and nonlinear time-history analyses. The response indicators of the buildings are studied for weight-scaled ground motions to represent the Design Basis Earthquake (DBE) level and the Maximum Considered Earthquake (MCE) event. The fragility curves of the buildings for two Immediate Occupancy (IO) and Life Safety (LS) performance levels are developed using Incremental Dynamic Analysis (IDA). Results of the nonlinear response history analyses indicate that the maximum inter-story drift occurs at the taller buildings. The mean peak inter-story drift is less than 2% in both hazard levels. High floor acceleration peaks are observed in all the SCED frames regardless of the building height. The overall ductility and ductility demand increase when the number of stories reduces. The results also showed the residual displacement is negligible for all of case study buildings. The 3 and 6-story buildings exhibit desirable performance in IO and LS performance levels according to fragility curves results, while 12 and 16-story frames show poor performance especially in IO level. The results indicated the SCED braces performance is generally better in lower-rise buildings.
The combination of replaceable and repairable properties in structures has introduced new approach called "Low Damage Design Structures". These structural systems are designed in such a way that through self-centering, primary members and specific connections neither suffer damage nor experience permanent deformations after being exposed to severe earthquakes. The purpose of this study is the seismic assessment of steel moment resisting frames with the aid of rigid rocking cores. To this end, three steel moment resisting frames of 4-, 8-, and 12-story buildings with and without rocking cores were developed. The nonlinear static analysis and incremental dynamic analysis were performed by considering the effects of the vertical and horizontal components of 16 strong ground motions, including far-fault and near-fault arrays. The results reveal that rocking systems benefit from better seismic performance and energy dissipation compared to moment resisting frames and thus structures experience a lower level of damage under higher intensity measures. The analyses show that the interstory drift in structures equipped with stiff rocking cores is more uniform in static and dynamic analyses. A uniform interstory drift distribution leads to a uniform distribution of the bending moment and a reduction in the structure's total weight and future maintenance costs.
Akbar Nikzad;Alireza Kiani;Seyed Alireza Kazerounian
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.5
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pp.463-480
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2023
The buckling-restrained braced frames with eccentric configurations (BRBF-Es) exhibit stable cyclic behavior and possess a high energy absorption capacity. Additionally, they offer architectural advantages for incorporating openings, much like Eccentrically Braced Frames (EBFs). However, studies have indicated that significant residual drifts occur in this system when subjected to earthquakes at the Maximum Considered Earthquake (MCE) hazard level. Consequently, in order to mitigate these residual drifts, it is recommended to employ self-centering systems alongside the BRBF-E system. In our current research, we propose the utilization of the Direct Displacement-Based Seismic Design method to determine the design base shear for a hybrid system that combines BRBF with an eccentric configuration and a self-centering frame. Furthermore, we present a methodology for designing the individual components of this composite system. To assess the effectiveness of this design approach, we designed 3-, 6-, and 9-story buildings equipped with the BRBF-E-SCF system and developed finite element models. These models were subjected to two sets of ground motions representing the Maximum Considered Earthquake (MCE) and Design Basis Earthquake (DBE) seismic hazard levels. The results of our study reveal that although the combined system requires a higher amount of steel material compared to the BRBF-E system, it substantially reduces residual drift. Furthermore, the combined system demonstrates satisfactory performance in terms of story drift and ductility demand.
Bridge columns are subjected to combined actions of axial force, shear force and bending moment during earthquakes, caused by spatially-complex earthquake motions, features of structural configurations and the interaction between input and response characteristics. Combined actions can have significant effects on the force and deformation capacity of RC columns, resulting in unexpected large deformations and extensive damage that in turn influences the performance of bridges as vital components of transportation systems. This paper evaluates the seismic response of three prototype reinforced concrete bridges using comprehensive numerical models that are capable of simulating the complex soil-structural interaction effects and nonlinear behavior of columns. An analytical approach that can capture the shear-flexural interacting behavior is developed to model the realistic nonlinear behavior of RC columns, including the pinching behavior, strength deterioration and stiffness softening due to combined actions of shear force, axial force and bending moment. Seismic response analyses were conducted on the prototype bridges under suites of ground motions. Response quantities of bridges (e.g., drift, acceleration, section force and section moment etc.) are compared and evaluated to identify the effects of vertical motion, structural characteristics and the shear-flexural interaction on seismic demand of bridges.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.172-178
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2003
As a typoon gets into harbour, a moored ships shows erratic motions and even mooring line failures is occurred. Such troubles may be caused by harbour resonance phenomena, result in large motion amplitudes at law frequency, which is closed to the natural frequency of the moored ship. The nonlinear motions of a moored ship beside quay are simulated under external forces due to wave, current including mooring forces in time domain. The forces due to waves are obtained from source and dipole distribution method in the frequency domain. The current forces are calculated by using slow motion maneuvering equation in the horizontal plane. The wind forces are calculated from emperical formula of ABS and the mooring forces of ropes and fenders are modeled as linear spring.
In this study a direct displacement-based design (DDBD) procedure for a continuous deck bridge isolated with triple friction pendulum bearings (TFPB) has been proposed and the seismic demands of the bridge such as isolator's displacement and drift of piers obtained from this procedure evaluated under two-directional near-field ground motions. The structural model used here are continuous, three-span, castin-place concrete box girder bridge with a 30-degree skew which are isolated with 9 different TFPBs. By comparing the results of DDBD method with those of nonlinear time history analysis (NTHA), it can be concluded that the proposed procedure is able to predict seismic demands of similar isolated bridges with acceptable accuracy. Results of NTHA shows that dispersion of peak resultant responses for a group of ground motions increases by increasing their average value of responses. It needs to be noted that the demands parameters calculated by the DDBD procedure are almost overestimated for stiffer soil condition, but there is some underestimation in results of this method for softer soil condition.
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.
This study strives to highlight the importance of considering the vertical ground motions (VGM) in the seismic evaluation of RC buildings. To this aim, IDA (Incremental Dynamic Analysis) is conducted on three code-based designed high-rise RC frame-core wall buildings using a suite of earthquake records comprising of significant VGMs. To unravel the significance of the VGM inclusion on the performance of the buildings, IDAs are conducted in two states (with and without the vertical component), and subsequently based on each analysis, fragility curves are developed. Non-simulated collapse criteria are used to determine the collapse state drift ratio and the area under the velocity spectrum (SIm) is taken into account as the intensity measure. The outcome of this study delineates that the inclusion of VGM leads to the increase in the collapse vulnerability of the structures as well as to the change in the pattern of inter-story drifts and failure mode of the buildings. The results suggested that it would be more conservative if the VGM is included in the seismic assessment and the fragility analysis of RC buildings.
Arada, Ahmad Housam;Ozturk, Baki;Kassem, Moustafa Moufid;Nazri, Fadzli Mohamed;Tan, Chee Ghuan
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.3
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pp.385-400
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2022
Sky-bridges between adjacent buildings can enhance lateral stiffness and limit the impact of lateral forces. This study analysed the structural capabilities and dynamic performances of sky-bridge-coupled buildings under various sets of ground motions. Finite Element (FE) analyses were carried out with the link being iteratively repositioned along the full height of the structures. Incremental dynamic analysis (IDA) and probabilistic damage distribution were also applied. The results indicated that the establishment of sky-bridges caused a slight change in the natural frequency and mode shapes. The sky-bridge system was shown to be efficient in controlling displacement and Inter-Storey Drift Ratio (%ISDR) and reducing the probability of damage in the higher floors. The most efficient location of the sky-bridge, for improving its rigidity, was found to be at 88% of the building height. Finally, the effects of two types of materials (steel and concrete) and end conditions (hinged and fixed) were studied. The outcomes showed that coupled buildings with a sky-bridge made of steel with hinged connection could withstand ground motions longer than those made of concrete with fixed connection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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