In this paper the strain energy density (SED) model is used to analyze the seismic behavior of suspen-domes and a new criterion is established for judging the seismic failure based on a characteristic point in the SED model. Firstly, a nonlinear time-history response analysis was carried out using the finite-element package ANSYS for typical suspen-domes subjected to different ground motions. The seismic responses including nodal displacements, ratios of yielding members, strain energy density and structural maximum deformation energy were extracted corresponding to the increasing peak ground acceleration (A). Secondly, the SED sum ($I_d$) was calculated which revealed that the $I_d-A$ curve exhibited a relatively large change (called a characteristic point) at a certain value of A with a very small load increment after the structures entered the elastic-plastic state. Thirdly, a SED criterion is proposed to judge the seismic failure load based on the characteristic point. Subsequently, the case study verifies the characteristic point and the proposed SED criterion. Finally, this paper describes the unity and application of the SED criterion. The SED method may open a new way for structural appraisal and the SED criterion might give a unified criterion for predicting the failure loads of various structures subjected to dynamic loads.
To study the seismic behavior of recycled aggregate concrete filled circular steel tube (RACFCST) frames, the seismic behavior experiment of RACFCST frame was carried out to measure the hysteresis curve, skeleton curve and other seismic behavior indexes. Moreover, based on the experimental study, a feasible numerical analysis model was established to analyze the finite element parameters of 8 RACFCST frame specimens, and the influence of different variation parameters on the seismic behavior index for RACFCST frame was revealed. The results showed that the skeleton curve of specimens under different axial compression ratios were divided into three stages: elastic stage, elastic-plastic stage and descending stage, and the descending stage was relatively stable, indicating that the specimen had stronger deformation capacity in the descending stage. With the increase of axial compression ratio, the peak bearing capacity of all specimens reduced gradually, and the reduction was less than 5%. With the decrease of beam-column linear stiffness ratio, the peak bearing capacity decreased gradually. With the decrease of yield bending moment ratio of beam-column, the peak bearing capacity decreased gradually, and the decreasing rate of peak bearing capacity gradually accelerated. In addition, compared with the axial compression ratio, the beam-column linear stiffness ratio and the yield bending moment ratio of beam-column had a more significant influence on the peak bearing capacity of RACFCST frame.
In steel framed-tube structures (SFTSs), the plastic hinges at beam-ends cannot be adequately improved because of the large cross sections of spandrel beams, which results in the lower ductility and energy dissipation capacities of traditional SFTSs. To address this drawback, high-strength steel fabricated SFTSs with bolted web-connected replaceable shear links (HSFTS-SLs) have been proposed. In this system, shear links use conventional steel and are placed in the middle of the deep spandrel beams to act as energy dissipative components. In this study, 2/3-scaled HSFTS-SL specimens were fabricated, and cyclic loading tests were carried out to study the seismic performance of both specimens. The finite element models (FEMs) of the two specimens were established and the numerical results were compared with the test results. The results showed that the specimens had good ductility and energy dissipation capacities due to the reliable deformation capacities. The specimens presented the expected failure modes. Using a shorter shear link can provide a higher load-carrying capacity and initial elastic lateral stiffness but induces lower ductility and energy dissipation capacity in HSFTS-SLs. The performance of the specimens was comparable to that of the original sub-structure specimens after replacing shear links. Additionally, the expected post-earthquake recoverability and resilience of the structures could be achieved by replacing shear links. The acceptable residual interstory drift that allows for easy replacement of the bolted web-connected shear link was 0.23%. The bolted web-connected shear links had reliable hysteretic responses and deformation capacities. The connection rotation had a notable contribution to total link rotation. The results of the numerical analysis run for the proposed FEMs were consistent with the test results. It showed that the proposed FEMs could be used to investigate the seismic performance of the HSFTS-SL.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.1
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pp.11-17
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2024
A seismic structure is an earthquake-resistant design that dissipates seismic energy by equipping the structure with a device called a damper. As research efforts to reduce earthquake damage continue to rise, technology for isolating vibrations in structures has evolved by altering the materials and shapes of dampers. However, due to the inherent nature of the damper, there are an unescapable restrictions on the extent of plastic deformation that occurs in the material to effectively dissipate energy. Therefore, in this study, we proposed a long-life damper that offers semi-permanently usage and enhances structural performance by applying additional tension which is achieved by utilizing super elastic shape memory alloy (SSMA), a material that self-recovers after deformation. To comprehensively understand the behavior of long-life dampers, finite element analysis was performed considering the design variables such as material, wire diameter, and presence of tension, and response behavior was derived to analyze characteristics such as load resistance, energy dissipation, and residual displacement to determine the performance of long-life dampers in seismic structure. Excellence has been proven from finite element analysis results.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.7
no.2
s.24
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pp.91-96
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2007
To improve the land use of urban, Construction of the circular steel column is required recently. The circular steel columns have a advantage for improving a load carrying capacity as wall as reducing a effective section area. However, the circular steel columns under service load, such as earthquake, shows a tendency to cause local buckling and large deformation. To prevent these phenomena, use of diaphragm is considered. It is reported that longitudinal stiffeners has a effect on improving a buckling and fatigue performance of steel structures. The research of effect on diaphragm is not sufficient. Under monotonic and cyclic loadings diaphragm make a important role to prevent local buckling and deformation of used steel structures. Therefore, influence of diaphragm on performance of used steel structures is investigated. In this study, the influence of diaphragm on seismic and deformation performance of circular steel piers was investigated by using elastic-plastic finite element analysis considered geometrical and material non-linearity. The seismic performance of circular steel columns was evaluated for analytical parameter of manufactured part. The seismic performance of circular steel columns was clarified by comparing an energy dissipation of circular steel piers.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.1
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pp.59-65
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2004
Recently, as steel structures become higher and more long-spanned, application of high strength steel. SM570, is considered, For accurate seismic design, seismic analysis of steel structures needs a constitutive equation describing the characteristic of steel materials under non-proportional cyclic loading, While the use of SM570 material is much increased these days, research for description and generalization of cyclic plasticity behavior are insufficient, In this study, a cyclic plasticity model is proposed by results of material tests, i.e, monotonic and low cycle tests, Proposed cyclic plasticity model is applied to 3-Dimensional FE program and we carried out seismic analysis of pipe-section steel pier using SM570, Comparison between experiment and analysis results shows that the proposed constitutive equation is able to describe exactly the complicated plastic behavior of steel structure using SM570.
High-strength steel composite Y-eccentrically braced frame (Y-HSS-EBF) is a novel structural system. In this study, the spatial substructure hybrid simulation test (SHST) method is used to further study the seismic performance of Y-HSS-EBF. Firstly, based on the cyclic loading tests of two single-story single-span Y-HSS-EBF planar specimens, a finite element model in OpenSees was verified to provide a reference for the numerical substructure analysis model for the later SHST. Then, the SHST was carried out on the OpenFresco test platform. A three-story spatial Y-HSS-EBF model was taken as the prototype, the top story was taken as the experimental substructure, and the remaining two stories were taken as the numerical substructure to be simulated in OpenSees. According to the test results, the validity of the SHST was verified, and the main seismic performance indexes of the SHST model were analyzed. The results show that, the SHST based on the OpenFresco platform has good stability and accuracy, and the results of the SHST agree well with the global numerical model of the structure. Under strong seismic action, the plastic deformation of Y-HSS-EBF mainly occurs in the shear link, and the beam, beam-columns and braces can basically remain in the elastic state, which is conducive to post-earthquake repair.
Hidayat, Banu A.;Hu, Hsuan-Teh;Hsiao, Fu-Pei;Han, Ay Lie;Sosa, Lisha;Chan, Li-Yin;Haryanto, Yanuar
Computers and Concrete
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v.27
no.5
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pp.457-472
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2021
Reinforced concrete (RC) buildings in Taiwan have suffered failure from strong earthquakes, which was magnified by the non-ductile detailing frames. Inadequate reinforcement as a consequence of the design philosophy prior to the introduction of current standards resulted in severe damage in the column and beam-column joint (BCJ). This study establishes a finite element analysis (FEA) of the non-ductile detailing RC column, BCJ, and three-story building that was previously tested through a tri-axial shaking table test. The results were then validated to laboratory specimens having the exact same dimensions and properties. FEA simulation integrates the concrete damage plasticity model and the elastic-perfectly plastic model for steel. The load-displacement responses of the column and BCJ specimens obtained from FEA were in a reasonable agreement with the experimental curves. The resulting initial stiffness and maximum base shear were found to be a close approximation to the experimental results. Also, the findings of a dynamic analysis of the three-story building showed that the time-history data of acceleration and displacement correlated well with the shaking table test results. This indicates the FEA implementation can be effectively used to predict the RC frame performance and failure mode under seismic loads.
During recent earthquakes, a significant number of concrete structures suffered extensive damage. Conventional reinforced concrete structures are designed for life-time safety that may see permanent inelastic deformation after severe earthquakes. Hence, there is a need to utilize adequate materials that have the ability to tolerate large deformation and get back to their original shape. Super-elastic shape memory alloy (SMA) is a smart material with unique properties, such as the ability to regain undeformed shape by unloading or heating. In this research, four different stories (three, five, seven and nine) of reinforced concrete (RC) buildings have been studied and subjected to near-field ground motions. For each building, two different types of reinforcement detailing are considered, including (1) conventional steel reinforcement (RC frame) and (2) steel-SMA reinforcement (SMA RC frame), with SMA bars being used at plastic zones of beams and steel bars in other regions. Nonlinear time history analyses have been performed by "SeismoStruct" finite element software. The results indicate that the application of SMA materials in plastic hinge regions of the beams lead to reduction of the residual displacement and consequently post-earthquake repairs. In general, it can be said that shape memory alloy materials reduce structural damage and retrofit costs.
Han, Bin;Sun, J.B.;Heidarzadeh, Milad;Jam, M.M. Nemati;Benjeddou, O.
Steel and Composite Structures
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v.41
no.5
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pp.761-773
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2021
This study presents a 3D non-linear finite element (FE) assessment of dynamic soil-structure interaction (SSI). The numerical investigation has been performed on the time domain through a Finite Element (FE) system, while considering the nonlinear behavior of soil and the multi-directional nature of genuine seismic events. Later, the FE outcomes are analyzed to the recorded in-situ free-field and structural movements, emphasizing the numerical model's great result in duplicating the observed response. In this work, the soil response is simulated using an isotropic hardening elastic-plastic hysteretic model utilizing HSsmall. It is feasible to define the non-linear cycle response from small to large strain amplitudes through this model as well as for the shift in beginning stiffness with depth that happens during cyclic loading. One of the most difficult and unexpected tasks in resolving soil-structure interaction concerns is picking an appropriate ground motion predicted across an earthquake or assessing the geometrical abnormalities in the soil waves. Furthermore, an artificial neural network (ANN) has been utilized to properly forecast the non-linear behavior of soil and its multi-directional character, which demonstrated the accuracy of the ANN based on the RMSE and R2 values. The total result of this research demonstrates that complicated dynamic soil-structure interaction processes may be addressed directly by passing the significant simplifications of well-established substructure techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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