Altin, Sinan;Kuran, Fikret;Anil, Ozgur;Kara, M. Emin
Structural Engineering and Mechanics
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제30권6호
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pp.651-664
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2008
The purpose of this study is to develop a rehabilitation technique for heavily earthquake damaged masonry buildings. A full scale one storey masonry building with window and door openings was manufactured and tested on the shock table by applying increased amplitude free vibration up to the point where heavy earthquake damage was observed. Damaged test building was rehabilitated with vertical and diagonal steel straps and then tested again. The effectiveness of improvements obtained by the rehabilitation technique was investigated. Steel straps improved the lateral strength and stiffness of masonry walls and limited the lateral displacement of building. Stability of the masonry walls were also improved by the steel straps. Steel straps reduced the natural period of the earthquake damaged masonry building and prevented the failure of the building at the same amplitude of free vibration.
Full-scale shake table seismic experiments and low-amplitude vibration tests on a masonry building are carried out to assess its seismic performance as well as study the effectiveness of a new multifunctional textile material for retrofitting masonry structures against earthquakes. The un-reinforced and the retrofitted with glass fiber reinforced polymer (GFRP) strips masonry building was subjected to a series of earthquake excitations of increasing magnitude in order to progressively induce various small, moderate and severe levels of damage to the masonry walls. The performance of the original and retrofitted building states is evaluated. Changes in the dynamic characteristics (lowest four modal frequencies and damping ratios) of the building are used to assess and quantify the damage states of the masonry walls. For this, the dynamic modal characteristics of the structure states after each earthquake event were estimated by performing low-amplitude impulse hammer and sine-sweep forced vibration tests. Comparisons between the modal results calculated using traditional accelerometers and those using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors embedded in the reinforcing textile were carried on to investigate the reliability and accuracy of FBG sensors in tracking the dynamic behaviour of the building. The retrofitting actions restored the stiffness characteristics of the reinforced masonry structure to the levels of the original undamaged un-reinforced structure. The results show that despite a similar dynamic behavior identified, corresponding to reduction of the modal frequencies, the un-reinforced masonry building was severely damaged, while the reinforced masonry building was able to withstand, without visual damage, the induced strong seismic excitations. The applied GFRP reinforcement architecture for one storey buildings was experimentally proven reliable for the most severe earthquake accelerations. It was easily placed in a short time and it is a cost effective solution (covering only 20% of the external wall surfaces) when compared to the cost for full wall coverage by GFRPs.
Modelling and analysis of a brick masonry building involves uncertainties like modelling assumptions and properties of local material. Therefore, it is necessary to perform a calibration to evaluate the dynamic properties of the structure. The response of the finite element model is improved by predicting the parameter by performing linear dynamic analysis on experimental data by comparing the acceleration. Further, a nonlinear dynamic analysis was also performed comparing the roof acceleration and damage pattern of the structure obtained analytically with the test findings. The roof accelerations obtained analytically were in good agreement with experimental roof accelerations. The damage patterns observed analytically after every shock were almost similar to that of experimental observations. Damage pattern with amplification in roof acceleration exhibit the potentiality of earthquake resistant measures in brick masonry models.
This paper approaches the issue of seismic vulnerability assessment strategies for facade walls of traditional masonry buildings through the development of a methodology and its subsequent application to over 600 building facades from the old building stock of the historic city centre of Coimbra. Using the post-earthquake damage assessment of masonry buildings in L'Aquila, Italy, an analytical function was developed and calibrated to estimate the mean damage grade for masonry facade walls. Having defined the vulnerability function for facade walls, damage scenarios were calculated and subsequently used in the development of an emergency planning tool and in the elaboration of an access route proposal for the case study of the historic city centre of Coimbra. Finally, the methodology was pre-validated through the comparison of a set of results obtained from its application and also resourcing to a widely accepted mechanical method on the description of the out-of-plane behaviour of facade walls.
In this paper the vulnerability of the confined masonry buildings is evaluated analytically. The proposed approach includes the nonlinear dynamic analysis of the two-story confined masonry buildings with common plan as a reference structure. In this approach the damage level is calculated based on the probability of exceedance of loss vs a specified ground motion in the form of fragility curves. The fragility curves of confined masonry wall buildings are presented in two levels of limit states corresponding to elastic and maximum strength versus PGA based on analytical method. In this regard the randomness of parameters indicating the characteristics of the building structure as well as ground motion is considered as likely uncertainties. In order to develop the analytical fragility curves the proposed analytical models of confined masonry walls in a previous investigation of the authors, are used to specify the damage indices and responses of the structure. In order to obtain damage indices a series of pushover analyses are performed, and to identify the seismic demand a series of nonlinear dynamic analysis are conducted. Finally by considering various mechanical and geometric parameters of masonry walls and numerous accelerograms, the fragility curves with assuming a log normal distribution of data are derived based on capacity and demand of building structures in a probabilistic approach.
The purpose of this study is to provide basic information for unreinforced masonry building in Korea by application of the proposed seismic evaluation method. In this study, seismic capacities of 50 existing unreinforced masonry buildings are evaluated based on the proposed method. Also, relationships of seismic capacities between Korean earthquake damage ratios of Korean unreinforced masonry buildings are estimated. Results of this study were as follows; 1)Seismic retrofit was needed $4{\sim}48%$ in Korean unreinforced masonry buildings. 2)Korean unreinforced masonry buildings were expected to have severe damage under the earthquake intensity level experienced in Japan.
Kostinakis, Konstantinos G.;Morfidis, Konstantinos E.
Structural Engineering and Mechanics
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제75권3호
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pp.295-309
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2020
The construction of Reinforced Concrete (R/C) buildings with unreinforced masonry infills is part of the traditional building practice in many countries with regions of high seismicity throughout the world. When these buildings are subjected to seismic motions the presence of masonry infills and especially their configuration can highly influence the seismic damage state. The capability to avoid configurations of masonry infills prone to seismic damage at the stage of initial architectural concept would be significantly definitive in the context of Performance-Based Earthquake Engineering. Along these lines, the present paper investigates the potential of instant prediction of the damage response of R/C buildings with various configurations of masonry infills utilizing Artificial Neural Networks (ANNs). To this end, Multilayer Feedforward Perceptron networks are utilized and the problem is formulated as pattern recognition problem. The ANNs' training data-set is created by means of Nonlinear Time History Analyses of 5 R/C buildings with a large number of different masonry infills' distributions, which are subjected to 65 earthquakes. The structural damage is expressed in terms of the Maximum Interstorey Drift Ratio. The most significant conclusion which is extracted is that the ANNs can reliably estimate the influence of masonry infills' configurations on the seismic damage level of R/C buildings incorporating their optimum design.
This study focuses on the earthquake performance of two URM buildings having typical architectural configurations common for residential use constructed per pre-modern code in Albania. Both buildings are unreinforced clay brick masonry structures constructed in 1960 and 1984, respectively. The first building is a three-storey unreinforced one with masonry walls. The second one is confined masonry rising on five floors. Mechanical characteristics of masonry walls were determined based on experimental tests conducted according to ASTM C67-09 regulations. A global numerical model of the buildings was built, and masonry material was simulated as nonlinear. Pushover analyses are carried out to obtain capacity curves. Displacement demands were calculated according to Eurocode 8 and FEMA440 guidelines. Causes of building failures in recent earthquakes were examined using the results of this study. The results of the study showed that the URM building displays higher displacement and shear force demands that can be directly related to damage or collapse. On the other hand, the confined one exhibits relatively higher seismic resistance by indicating moderate damage. Moreover, effects of demand estimation approaches on performance assessment of URM buildings were compared. Deficiencies and possible solutions to improve the capacity of such buildings were discussed.
Masonry structures in the rural areas of Turkey often damaged due to moderate and big earthquakes. After every earthquake many scientists made field investigations on the earthquake performance of these structures and gave many useful information on construction techniques. However, the newly constructed masonry buildings are still not suitable for the suggested techniques, and they are still in danger against future earthquakes. Five moderate earthquakes of moment magnitude Mw 5.3, 5.3, 5.2, 5.0, and 5.3 struck the Ayvacik-Çanakkale District of Turkey between 6 and 12 February, 2017. More than a thousand of aftershocks were occurred and most of the masonry buildings in the villages nearby main shock epicenter were affected. The author went to the earthquake field and investigated the earthquake performances of masonry structures. This paper presents the recorded acceleration data, acceleration response spectra, and the seismological aspects of these earthquakes. Besides, case studies of damaged stone masonry buildings, and failure mechanisms are discussed with illustrated photos which were taken during the field investigations. It is concluded that the damaged masonry buildings were not designed and constructed properly in accordance with the Turkish building codes or similar specifications.
본 연구에서는 향후 국내의 실정에 맞는 조적조 건물의 내진성능 평가방법의 개발에 기초적인 자료제공을 목적으로 지진에 무방비 상태로 노출된 조적조 건축물 특히 서울시내 50개동의 조적조 건물들을 대상으로 기존 건축물의 구조내진 성능 평가에 관한 기술지침(안)의 방법에 따라 건물의 내진성능을 평가하고 구조내진지표의 분포특성 및 지진피해율을 통계 확률론에 입각하여 검토한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 그, 결과, 국내의 현존 조적조 건물의 경년지표(T)를 1에서 0.7사이로 가정하고, 평균전단 응력도를 0.2MPa로 가정 시 표준정규분포로 근사가 가능하다는 것을 알았으며, 조사 대상건물은 경년지표의 변화에 따라 국내 상정 입력지진가속도 레벨에서도 $8{\sim}48%$정도의 내진보강이 필요한 것으로 나타났다. 또한, 국내 상정 입력지진가속도 레벨인 0.12g에 대해서 $11.5{\sim}37.4%$정도의 지진피해율이 상정되었으며 일본의 대표적인 피해지진레벨(0.23g) 뿐만 아니라 중규모의 지진에서도 큰 피해를 받을 것으로 사료된다. 따라서 국내실정에 적합한 내진진단법, 이를 근거로 한 보강건물의 합리적인 선정방법 및 효과적인 내진보강공법이 개발이 시급하다고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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