A new formulation based on lumped plasticity and inelastic hinges is presented in this paper for nonlinear analysis of Reinforced Concrete (RC) frame structures. Inelastic hinge behaviour is described using the principles of Continuum Damage Mechanics (CDM). Member formulation contains provisions to model stiffness degradation due to cracking of concrete and yielding of reinforcing steel. Depending on its nature, cracking is classified as concentrated or distributed. Concentrated cracking is accounted through a damage variable and its growth is defined based on strain energy principles. Presence of distributed flexural cracks in a member is taken care of by modelling it as non-prismatic. Plasticity theory supported by effective stress concept of CDM is applied to describe the post-yield response. Nonlinear quasi-static analysis is carried out on a RC column and a wide two-storey RC frame to verify the formulation. The column is subjected to constant axial load and monotonic lateral load while the frame is subjected to only lateral load. Computed results are compared with those due to experiments or other numerical methods to validate the performance of the formulation and also to highlight the contribution of distributed cracking on global response.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.04a
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pp.513-518
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1999
The objective of this experiment is to observe the elastic and inelastic behaviors of high-rise reinforced concrete frame with infilled masonry. To do this a building frame designed according to Korean seismic code and detailed in the Korean conventional manner was selected. An 1:12 scale plane masonry-infilled frame model was manufactured according to similitude law. Push-over test were performed under the roof displacement control. To simulate the earthquake effect, the lateral force distribution was maintained to be an inversed triangular by using whiffle tree. From the tests, story displacements, lateral story forces, local plastic rotations and the relations between inter-story drift versus story shear are obtained. Based on the test results, conclusions on the characteristics of the elastic and inelastic behaviors of a high-rise reinforced concrete frame with infilled masonry are drawn.
Previous experimental researches indicate that reinforced concrete beam-column joints play an important role in the mechanical properties of moment resisting frame structures, so as to require proper design. In order to get better understanding of the beam-column joint performance, a rational model needs to be developed. Based on the former considerations, two typical models for calculating the shear carrying capacity of the beam-column joint including the inelastic reinforced concrete joint model and the softened strut-and-tie model are selected to be introduced and analyzed. After examining the applicability of two typical models mentioned earlier to interior beam-column joints, several adjustments are made to get better predicting of the test results. For the softened strut-and-tie model, four adjustments including modifications of the depth of the diagonal strut, the inclination angle of diagonal compression strut, the smeared stress of mild steel bars embedded in concrete, as well as the softening coefficient are made. While two adjustments for the inelastic reinforced concrete joint model including modifications of the confinement effect due to the column axial load and the correction coefficient for high concrete are made. It has been proved by test data that predicted results by the improved softened strut-and-tie model or the modified inelastic reinforced concrete joint model are consistent with the test data and conservative. Based on the test results, it is also not difficult to find that the improved beam-column joint model can be used to predict the joint carrying capacity and cracks development with sufficient accuracy.
The paper presents a review of the application of the newly proposed mixed finite element model for seismic simulation of different types of composite frame structures. To evaluate the performance of the element, a comparison with displacement-based and force-based models is conducted. The study revealed that the mixed model is superior to the others in terms of both speed of convergence and numerical stability, and is therefore considered the most practical approach for modeling of composite structures. In this model, the element is derived using independent force and displacement shape functions. The nonlinear response of the frame element is based on the section discretization into fibers with uniaxial material models. The interfacial behavior is modeled using an inelastic interface element. Numerical examples to clarify the advantages of the model are presented for the following structural applications: anchored reinforcing bar problems, composite steel-concrete girders with deformable shear connectors, beam on elastic foundation elements, R/C girders strengthened with FRP sheets, R/C beam-columns with bond-slip, and prestressed concrete girders. These studies confirmed that the model represents a major advancement over existing elements in simulating the inelastic behavior of composite structures.
The objective of this experiment is to observe the elastic and inelastic behaviors of high-rise reinforced concrete frames having non-seismic details. To do this, a building frame designed according to Korean seismic code and detailed in the Korean conventional practice was selected. A 1:12 scale plane frame model was manufactured according to similitude law. A reversed lateral load test and a monotonic pushover test were performed under the displacement control. To simulate the earthquake effects, the lateral force distribution was maintained to be an inverse triangle by using a whiffle tree. From the tests, base shears, crack pattern, local rotations in the ends of critical members and the relations between interstory drift versus story shear are obtained. Based on test results, conclusions are drawn on the implications of the elastic and inelastic behaviors of a high-rise reinforced concrete frame having non-seismic details.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.278-286
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2001
The purpose of this paper is to suggest an analytical technique for time history analysis of R/C frame structure using high-strength concrete under seismic loading. Current researches in hysteretic model of structral elements using high-strength concrete are not enough. It is the cause of error that apply hysteretic model of element using normal-strength concrete to the inelastic analysis of high-strength concrete R/C frame structures. In this paper time history analysis using IDARC and DRAIN programs was performed for a 2-bay, 20-story R/C frame structures. Particularly nonlinear dynamic analysis was performed by IDARC program that was applied hysteretic model of structural element using high-strength concrete. centro earthquake 1940 NS waves was used in the analysis and its peak ground accelerations are changed to be 0.12g, 0.25g
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.578-581
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2007
In this study, the seismic control performance of energy dissipation devices installed in a shear all-frame structure is investigated through nonlinear time history analysis of a 12-story building. Inelastic shear walls are modeled using the multiple vertical line element model (MVLEM) and inelastic columns and girders were modeled using fiber beam elements. For a seismic load increased by 38% compared to the design load, the seismic control performance was analyzed based on the results of a nonlinear time history analysis in terms of the inter-story drift, the story shear and the flexural strain. Friction type dampers was found to performs best if they are installed in the form of a brace adjacent to the shear wall with the friction force of 15 % of the maximum story shear force induced in the original building structure without dampers.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.3E
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pp.173-181
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2006
The objectives of this study are to evaluate the reliability of an existing nonlinear analysis program for predicting the inelastic behavior of reinforced concrete frame with seismic details and to observe the redistribution of the internal forces, which can not be easily measured by an experiment. In order to carry out this task, the nonlinear analysis program of IDARC 2D(3) was run on a 2-bay, 2-story moment-resisting reinforced concrete plane frame with seismic details. (1) The effort to obtain the results of the analysis similar to those of experiment was made by determining the appropriate values of model parameters. The comparison of the analysis results with those of experiment and the observation of the distribution of internal forces obtained through nonlinear analysis points to the following conclusions. (1) The overall relationship between lateral load and lateral displacement given by the analysis is similar to that of experiment. However, the values of initial stiffness and the amount of energy dissipation in the initial displacement steps given by the analysis show larger values than those of experiment. (2) The analysis provided detailed information on the distribution and redistribution of internal forces and proved useful in elucidating the crack pattern, the sequence of the occurrence of plastic hinges, and the failure or yielding mechanism for the whole structure. (3) In spite of the similarity in overall behavior of analysis and experiment, there exists a significant discrepancy in some local behaviors. Furthermore, the hysteresis in the relationship between moment and curvature in some column ends have shown sudden deteriorations in strength, which can not be interpreted satisfactorily at the present time. Therefore, it is necessary to develop a better analytical model to fill this knowledge gap.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.482-485
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2004
A Performance Based Design procedure for retrofitting the RC frame with friction dampers is described. The Capacity Diagram Method procedure is used to estimate the inelastic response of the example model. The example models were retrofitted using SBC dampers and the retrofitted example models were computation ally modeled. The results show that the performance of the retrofitted frame satisfies the target objective.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.287-295
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2001
The purpose of this paper to describe an analytical model that is capable of reproducing the hysteretic behavior of beam-column joints under cyclic loading and to suggest the variable of hysteretic model for the inelastic analysis of R/C frame structures to do this quasi-static analysis using IDARC program was performed for the beam-column joints. The effort to obtain the result of analysis similar to those of experiment was made by determining the value for hysteretic parameters representing stiffness degradation, strength deterioration and pinching effect. The accuracy and reliability of the proposed analytical model was demonstrated by comparison of load-displacement relation, maximum strength, stiffness degradation and energy dissipation.
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