This paper presents the application of hybrid-simulation-based adapter elements for the non-linear two-scale analysis of reinforced concrete frames with masonry infills under seismic-like demands. The approach provides communication and distribution of the computations carried out by two or more remote or locally distributed numerical models connected through the OpenFresco Framework. The modeling consists of a global analysis formed by macro-elements to represent frames and walls, and to reduce global degrees of freedom, portions of the structure that require advanced analysis are substituted by experimental elements and dimensional couplings acting as interfaces with their respective sub-assemblies. The local sub-assemblies are modeled by solid finite elements where the non-linear behavior of concrete matrix and masonry infill adopt a continuum damage representation and the reinforcement steel a discrete one, the conditions at interfaces between concrete and masonry are considered through a contact model. The methodology is illustrated through the analysis of a frame-wall system subjected to lateral loads comparing the results of using macro-elements, finite element model and experimental observations. Finally, to further assess and validate the methodology proposed, the paper presents the pushover analysis of two more complex structures applying both modeling scales to obtain their corresponding capacity curves.
In recent years, interest is growing in the engineering community on the experimental assessment and the theoretical prediction of the out-of-plane (OOP) seismic response of unreinforced masonry (URM) infills, which are widespread in Reinforced Concrete (RC) buildings in Europe and in the Mediterranean area. In the literature, some mechanical-based models for the prediction of the entire OOP force-displacement response have been formulated and proposed. However, the small number of experimental tests currently available has not allowed, up to current times, a robust and reliable evaluation of the predictive capacity of such response models. To enrich the currently available experimental database, six pure OOP tests on URM infills in RC frames were carried out at the Department of Structures for Engineering and Architecture of the University of Naples Federico II. Test specimens were built with the same materials and were different only for the thickness of the infill walls and for the number of their edges mortared to the confining elements of the RC frames. In this paper, the results of these experimental tests are briefly recalled. The main aim of this study is comparing the experimental response of test specimens with the prediction of mechanical models presented in the literature, in order to assess their effectiveness and contribute to the definition of a robust and reliable model for the evaluation of the OOP seismic response of URM infill walls.
Asteris, Panagiotis G.;Repapis, Constantinos C.;Foskolos, Filippos;Fotos, Alkis;Tsaris, Athanasios K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.5
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pp.663-674
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2017
The determination of the fundamental period of vibration of a structure is essential to earthquake design. Current codes provide formulas for the approximate estimation of the fundamental period of earthquake-resistant building systems. These formulas are dependent only on the height of the structure or number of storeys without taking into account the presence of infill walls into the structure, despite the fact that infill walls increase the stiffness and mass of the structure leading to significant changes in the fundamental period. Furthermore, such a formulation is overly conservative and unable to account for structures with geometric irregularities. In this study, which comprises the companion paper of previous published research by the authors, the effect of the vertical geometric irregularities on the fundamental periods of masonry infilled structures has been investigated, through a large set of infilled frame structure cases. Based on these results, an attempt to quantify the reduction of the fundamental period due to the vertical geometric irregularities has been made through a proposal of properly reduction factor.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.1
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pp.19-26
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2019
The masonry infill walls are one of the most popular components that are used for dividing and arranging spaces in building construction. In spite of the fact that the masonry infills have many advantages, the system needs to be used with caution when the earthquake load is to be considered. The infills tend to develop diagonal compression struts during earthquake and increase the demand in surrounding RC frames. If there are openings in the infill walls, the loading path gets even complicated and the engineering judgements are required for designing the system. In this study, a masonry infill system was investigated through finite element analysis (FEA) and the results were compared with the current design standard, ASCE 41. It is noted that the equivalent width of the compression strut estimated by ASCE 41 could be 32% less than that using detailed FEA. The global load resisting capacity was also estimated by 28% less when ASCE 41 was used compare to the FEA case. Rather than using expensive FEA, the adapting ASCE 41 for the analysis and design of the masonry infills with openings would provide a good estimation by about 25% conservatively.
The effects of infill panels on the response of r.c. frames subjected to seismic action are widely recognized. Numerous experimental investigations were effected and several analytical models were developed on this subject. This work, which is part of a larger project dealing with specific materials and structures commonly used in Italy, discusses experimental tests on masonry and samples of bare and infilled portals. The experimental activity includes tests on elemental materials, and 12 wall samples. Finally, three one-bay one-story reinforced concrete frames, designed according to the outdated Italian technical code D.M. 1996 without seismic details, were tested (bare and infilled) under constant vertical and cyclic lateral load. The first cracks observed on the framed walls occurred at a drift of about 0.3%, reaching its maximum capacity at a drift of 0.5% while retaining its capacity up to a drift of 0.6%. Infill contributed to both the stiffness and strength of the bare reinforced concrete frame at small drifts thus improving overall system behavior. In addition to the experimental activities, previously mentioned, the recalibration of a model proposed by Comberscue (1996) was evaluated. The accuracy of an OpenSees non linear fiber based model of the prototype tested, including a strut element was verified through a comparison with the final experimental results. This work has been partially supported by research grant DPC-ReLUIS 2014.
The primary objective of this study is to summarize results from previous experimental tests on laboratory specimens of RC/steel frames with masonry infills, in order to develop fragility functions that permit the estimation of damage in typical non-structural components of RC frame buildings, as a function of attained peak interstory drift. The secondary objective is to derive loss functions for such non-structural components, which provide information on the probability of experiencing a certain level of monetary loss when a given damage state is attained. Fragility curves and loss function developed in this study can be directly used within the FEMA P-58 framework for the seismic performance assessment of RC frame buildings with masonry infills.
Incremental dynamic analysis (IDA) widely uses for the collapse risk assessment procedures of buildings. In this study, an IDA-based collapse risk assessment methodology is proposed, which employs a novel approach for detecting the near-collapse (NC) limit state. The proposed approach uses the modal pushover analysis results to calculate the maximum inter-story drift ratio of the structure. This value, which is used as the upper-bound limit in the IDA process, depends on the structural characteristics and global seismic responses of the structure. In this paper, steel midrise intermediate moment resisting frames (IMRFs) have selected as case studies, and their collapse risk parameters are evaluated by the suggested methodology. The composite action of a concrete floor slab and steel beams, and the interaction between the infill walls and the frames could change the collapse mechanism of the structure. In this study, the influences of the metal deck floor and autoclaved aerated concrete (AAC) masonry infill walls with uniform distribution are investigated on the seismic collapse risk of the IMRFs using the proposed methodology. The results demonstrate that the suggested modified IDA method can accurately discover the near-collapse limit state. Also, this method leads to much fewer steps and lower calculation costs rather than the current IDA method. Moreover, the results show that the concrete slab and the AAC infill walls can change the collapse parameters of the structure and should be considered in the analytical modeling and the collapse assessment process of the steel mid-rise intermediate moment resisting frames.
The out-of-plane response of infill walls has recently gained a growing attention and has been recognised fundamental in the damage assessment of reinforced concrete and steel framed buildings subjected to seismic loads. The observation of damage after earthquakes highlighted that out-of-plane collapse of masonry infills may occur even during seismic events of low or moderate intensity, causing both casualty risks and unfavourable situations affecting the overall structural response. Even though studies concerning the out-of-plane behaviour of infills are not as many as those focused on the in-plane response, in the last decades, a substantial number of researches have been carried out on the out-of-plane behaviour of infills. In this study, the out-of-plane response is investigated considering different aspects. First, damages observed after past earthquakes are examined, with the aim of identifying the main parameters involved and the most critical configurations. Secondly, the response recorded in about 150 experimental tests is deeply examined, focusing on the influence of geometrical characteristics, boundary conditions, prior in-plane damage, presence of reinforcing elements and openings. Finally, different theoretical capacity models and code provisions are discussed and compared, giving specific attention to those based on the arching theory. The reliability of some of these models is herein tested with reference to experimental results. The comparison between analytically predicted and experimental values allows to appreciate the extent of approximation of such methods.
The effectiveness of a technique for the repair of reinforced concrete members in combination with a technique for the repair of masonry walls of infilled frames, damaged due to cyclic loading, is experimentally investigated. Three single - story, one - bay, 1/3 - scale frame specimens are tested under cyclic horizontal loading, up to a drift level of 4%. One bare frame and two infilled frames with weak and strong infills, respectively, have been tasted. Specimens have spirals as shear reinforcement. The applied repair technique is mainly based on the use of thin epoxy resin infused under pressure into the crack system of the damaged RC joint bodies, the use of a polymer modified cement mortar with or without a fiberglass reinforcing mesh for the damaged infill masonry walls and the use of CFRP plates to the surfaces of the damaged structural RC members, as external reinforcement. Specimens after repair, were retested in the same way. Conclusions concerning the effectiveness of the applied repair technique, based on maximum cycles load, loading stiffness, and hysteretic energy absorption capabilities of the tested specimens, are drawn and commented upon.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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