This paper presents the results of an analytical study to evaluate the inelastic seismic response characteristics of multistory building structures, the effects of gravity load on the seismic responses and its implications on the earthquake resistant design. Static analyses for incremental lateral force and nonlinear dynamic analyses for earthquake motions were performed to evaluate the seismic response of example multistory building structures. Most of considerations are placed on the distribution of inelastic responses over the height of the structure. When an earthquake occurs, bending moment demand is increased considerably from the top to the bottom of multistory structures, so that differences between bending moment demands and supplies are greater in lower floos of multistory structures. As a result, for building structures designed by the current earthquake resistant design procedure, inelastic deformations for earthquake ground motions do not distribute uniformly over the height of structures and those are induced mainly in bottom floors. In addition, gravity load considerded in design procedure tends to cause much larger damages in lower floors. From the point of view of seismic responses, gravity load affects the initial yield time of griders in earlier stage of strong earthquakes and results in different inelastic responses among the plastic hinges that form in the girders of a same floor. However, gravity load moments at beam ends are gradually reduced and finally fully relaxed after a structure experiences some inelastic excursions as a ground motion is getting stronger. Reduction of gravity load moment results in much increased structural damages in lower floors building structures. The implications of the effects of gravity load for seismic design of multistory building structures are to reduce the contributions of gravity load and to increased those of seismic load in determination of flexual strength for girders and columns.
The earthquake characteristic assessment of social overhead facilities would be an important examination issue for seismic capacity enhancement. This study is intended to reasonably evaluate the structural behavior of longperiod frame structures considering near-fault and far-fault earthquake characteristics. Elastic/inelastic time history analyses were performd by selecting the objective structure which can precisely reflect the effect of input ground motion. Based on the result of numerical analysis, we have investigated response aspects of shear force, moment, acceleration and displacement according to earthquake characteristics. Moreover, in order to understand the inelastic behavior of the objective structure, we have analyzed and compared collapse modes by considering the occurrence process of plastic hinges. The outcome of this research is expected to provide the basic information for the seismic safety assessment of long-period frame structures.
Fallah, Mohammad Mehdi;Shooshtari, Ahmad;Ronagh, Hamid Reza
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.5
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pp.695-711
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2013
It is reasonable to assume that reinforced concrete (RC) structures enter the nonlinear range of response during a severe ground motion. Numerical analysis to predict the behaviour therefore must allow for the presence of nonlinear deformations if an accurate estimate of seismic response is aimed. Among the factors contributing to inelastic deformations, the influence of the degradation of the bond slip phenomenon is important. Any rebar slip generates an additional rotation at the end regions of structural members which are not accounted for in a conventional analysis. Although these deformations could affect the seismic response of RC structures considerably, they are often neglected due to the unavailability of suitable models. In this paper, the seismic response of two types of RC structures, designed according to the Iranian concrete code (ABA) and the Iranian seismic code (2800), are evaluated using nonlinear dynamic and static analyses. The investigation is performed using nonlinear dynamic and static pushover analysis considering the deformations due to anchorage slip. The nonlinear analysis results confirm that bond slip significantly influences the seismic behavior of RC structure leading to an increase of lateral deformations by up to 30% depending on the height of building. The outcomes also identify important parameters affecting the extent of this influence.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.2
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pp.89-95
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2013
Structures in a nuclear power system are designed to be elastic even under an earthquake excitation. However a structural component such as an isolator shows inelastic behavior inherently. For the seismic assessment of nonlinear structures, response history analysis should be performed. In this study, the response of base isolation system was analyzed by response history analysis for the seismic performance assessment. Firstly, several seismic assessment criteria for a nuclear power plant structure were reviewed for the nonlinear response history analysis. Based on these criteria, the spectrum matched ground motion generation method modifying a seed earthquake ground motion time history was adjusted. Using these spectrum matched accelerograms, the distribution of displacement responses of the simplified base isolation system was evaluated. The resulting seismic responses excited by the modified ground motion time histories and the synthesized time history generated by stochastic approach were compared. And the response analysis of the base isolation system considering the different intensities in each orthogonal direction was performed.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.09a
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pp.258-265
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2002
Most structures are expected deform nonlinear and inelastic behavior when subjected to strong ground motion. Nonlinear time history analysis(NTHA) is the most rigorous procedure to compute seismic performance in the various inelastic analysis methods. But nonlinear analysis procedures necessitate more reliable and practical tools for predicting seismic behavior of structures. Some building codes propose the capacity spectrum method. This method is the concept of an equivalent linear system, wherein a linear system having reduced stiffness and increased damping is used to estimate the response of the nonlinear system. This procedure are conceptually simple, but the iterative procedure is time-consuming and may sometimes lead to no solution or multiple solutions. This paper presents a nonlinear direct spectrum method(NDSM) to evaluate seismic performance of structures, without iterative computations, given by the structural initial elastic period and yield strength from the pushover analysis, especially for mixed building structure.
Favvata, Maria J.;Karayannis, Chris G.;Liolios, Asterios A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.33
no.2
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pp.113-136
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2009
The seismic induced interaction between multistory structures with unequal story heights (inter-story pounding) is studied taking into account the local response of the exterior beam-column joints. Although several parameters that influence the structural pounding have been studied sofar, the role of the joints local inelastic behaviour has not been yet investigated in the literature as key parameter for the pounding problem. Moreover, the influence of the infill panels as an additional parameter for the local damage effect of the joints on the inter-story pounding phenomenon is examined. Thirty six interaction cases between a multistory frame structure and an adjacent shorter and stiffer structure are studied for two different seismic excitations. The results are focused: (a) on the local response of the critical external column of the multistory structure that suffers the hit from the slab of the adjacent shorter structure, and (b) on the local response of the exterior beam-column joints of the multistory structure. Results of this investigation demonstrate that the possible local inelastic response of the exterior joints may be in some cases beneficial for the seismic behaviour of the critical column that suffers the impact. However, in all the examined cases the developing demands for deformation of the exterior joints are substantially increased and severe damages can be observed due to the pounding effect. The presence of the masonry infill panels has also been proved as an important parameter for the response of the exterior beam-column joints and thus for the safety of the building. Nevertheless, in all the examined inter-story pounding cases the presence of the infills was not enough for the total amelioration of the excessive demands for shear and ductility of the column that suffers the impact.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.322-329
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2000
Current seismic design codes for building structures are based on the methods which can provide enough capacity to satisfy objected performance level and exactly evaluate the seismic performance of buildings. Pushover analysis of fast becoming an accepted method for the seismic evaluation of building structures. The popularity of this approximate, nonlinear static analysis method is due to its conceptual simplicity and ability to graphically describe a capacity and demand of structure. However, some of the shortcomings of the pushover analysis, especially for longer period and irregular buildings, is the inability of method to identify failure mechanisms due to effects of higher modes. In this paper proposed lateral load pattern which includes the contribution of higher modes of vibration for irregular building structure and compared to seismic response obtained by time history.
Kanee, Ali Reza Taghavee;Kani, Iradj Mahmood Zadeh;Noorzad, Assadollah
Earthquakes and Structures
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v.5
no.1
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pp.49-65
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2013
This article presents the statistical characteristics of elastic floor acceleration spectra that represent the peak response demand of non-structural components attached to a nonlinear supporting frame. For this purpose, a set of stiff and flexible general moment resisting frames with periods of 0.3-3.6 sec. are analyzed using forty-nine near-field strong ground motion records. Peak accelerations are derived for each single degree of freedom non-structural component, supported by the above mentioned frames, through a direct-integration time-history analysis. These accelerations are obtained by Floor Acceleration Response Spectrum (FARS) method. They are statistically analyzed in the next step to achieve a better understanding of their height-wise distributions. The factors that affect FARS values are found in the relevant state of the art. Here, they are summarized to evaluate the amplification and/or reduction of FARS values especially when the supporting structures undergo inelastic behavior. The properties of FARS values are studied in three regions: long-period, fundamental-period and short-period. Maximum elastic acceleration response of non-structural component, mounted on inelastic frames, depends on the following factors: inelasticity intensity and modal periods of supporting structure; natural period, damping ratio and location of non-structural component. The FARS values, corresponded to the modal periods of supporting structure, are strongly reduced beyond elastic domain. However, they could be amplified in the transferring period domain between the mentioned modal periods. In the next step, the amplification and/or reduction of FARS values, caused by inelastic behavior of supporting structure, are calculated. A parameter called the response acceleration reduction factor ($R_{acc}$), has been previously used for far-field earthquakes. The feasibility of extending this parameter for near-field motions is focused here, suggested repeatedly in the relevant sources. The nonlinearity of supporting structure is included in ($R_{acc}$) for better estimation of maximum non-structural component absolute acceleration demand, which is ordinarily neglected in the seismic design provisions.
The effectiveness of tuned mass dampers (TMDs) in reducing the seismic response of civil structures is still a debated issue. The few studies regarding TMDs on inelastic structures indicate that they would perform well under moderate earthquake loading, when the structure remains linear or weakly nonlinear, while tending to fail under severe ground shaking, when the structure experiences strong nonlinearities. TMD seismic efficiency should be therefore rationally assessed by considering to which extent moderate and severe earthquakes respectively contribute to the expected cost of damages and losses over the lifespan of the structure. In this paper, a method for evaluating, in a life-cycle cost (LCC) perspective, the seismic effectiveness of TMDs on inelastic building structures is presented and exemplified on the SAC LA 9-storey steel moment-resisting frame benchmark building. Results show that the LCC concept may provide an appropriate alternative to traditional performance criteria for the evaluation of the effectiveness of TMDs and that TMD installation on typical existing middle-rise buildings in high seismic hazard regions may significantly reduce building lifetime cost despite the poor control performance observed under the most severe seismic events.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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