Miguel A. Jaimes;Salatiel Trejo;Valentin Juarez;Adrian D. Garcia-Soto
Earthquakes and Structures
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v.25
no.4
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pp.269-282
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2023
This study investigates a rocking seismic isolation (RSI) system as a seismic protection measure against narrow-band ground-motions generated by earthquakes. Structures supported over RSIs are considered capable of reducing the lateral demands and damage of the main structural system through lifting and rocking. This lifting and rocking during earthquake activity is provided by free-standing columns. A single-degree-of-freedom (SDOF) system supported on a RSI system is subjected to narrow-band seismic motions and its response is compared to an analog system without RSI. The comparison is then extended to reinforced concrete linear frames with and without RSI; three-bay frames with 11 and 17 storeys are considered. It is found that the RSI systems significantly reduce acceleration and displacement demands in the main structural frames, more noticeably if the first structural mode dominates the response and for ratios of the predominant frequency of the ground motion to the predominant frequency of the main frame near one. It is also found that the RSI system is more effective in reducing lateral accelerations and displacements of the main structure when the aspect ratio, b/h, and size, R, of the free-standing columns decrease, although the rocking stability of the RSI system is also reduced.
When reinforced concrete structures are subjected to strong seismic forces, their beam-column connections are very susceptible to be damaged during the earthquake event. Consequently, structural designers try to fit an important quantity of steel reinforcement inside the connection, complicating its construction without a clear justification for this. The aim of this work is to evaluate -and demonstrate- numerically how the quantity and the array of the internal steel reinforcement influences on the nonlinear response of the RC beam-column connection. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. The nonlinear response of the RC beam-column connection is evaluated taking into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: a damage model is used for concrete; a classical plasticity model is adopted for steel reinforcement; the steel-concrete bonding is considered perfect without degradation. At the end, the experimental responses obtained in the tests are compared to the numerical results, as well as the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection, which are analyzed for a low and high state of confinement.
When strong seismic forces act on reinforced concrete structures, their beam-column connections are very susceptible to damage during the earthquake event. The aim of this numerical work is to evaluate the influence of the internal steel reinforcement array on the nonlinear response of a RC beam-column connection when it is subjected to strong cyclic loading -as a seismic load. For this, two specimens (extracted from an experimental test of 12 RC beam-column connections reported in literature) were modeled in the Finite Element code FEAP considering different stirrup's arrays. In order to evaluate the nonlinear response of the RC beam-column connection, the 2D model takes into account the nonlinear thermodynamic behavior of each component: for concrete, a damage model is used; for steel reinforcement, it is adopted a classical plasticity model; in the case of the steel-concrete bonding, this one is considered perfect without degradation. At the end, we show a comparison between the experimental test's responses and the numerical results, which includes the distribution of shear stresses and damage inside the concrete core of the beam-column connection; in the other hand, the effects on the connection of a low and high state of confinement are analyzed for all cases.
De Leon-Escobedo, David;Garcia-Manjarrez, Jose Luis
Earthquakes and Structures
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v.21
no.5
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pp.505-514
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2021
A formulation based on structural reliability and cost effectiveness is proposed to provide recommendations to select the best retrofit strategy for schools with reinforced concrete frames and masonry walls, among three proposed alternatives. The cost calculation includes the retrofit cost and the expected costs of failure consequences. Also, the uncertainty of the seismic hazard is considered for each school site. The formulation identifies the potential failure modes, among shear and bending forces for beams, and flexure-compression forces for columns, for each school, and the seismic damages suffered by the schools after the earthquake of September 17, 2017 are taken into account to calibrate the damaged conditions per school. The school safety level is measured through its global failure probability, instead of only the local failure probability. The proposed retrofit alternatives are appraised in terms of the cost/benefit balance under future earthquakes, for the respective site seismic hazard, as opposed to the current practice of just restoring the structure original resistance. The best retrofit is the one that corresponds to the minimum value of the expected life cycle cost. The study, with further developments, may be used to develop general recommendations to retrofit schools located at seismic zones.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.4
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pp.55-61
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2008
One of the most recent base-isolation systems to improve the earthquake resistance of structures is the Friction Pendulum System(FPS). Simple in design but with versatile properties, the FPS has been used in some of the world s largest seismically isolated buildings, bridges and chemical tanks. FPS using PTFE(Polytetrafl-uoroethylene) based material has been developed to provide a simple and effective way for structures to achieve earthquake resistance. PTFE materials are soft, and are apt to become deformed easily after a few working cycles. In this study, magnetic force is used rather than the usual PTFE materials to improve the material shortcomings. A MF-FPS(Magnetic force-Friction Pendulum System) is proposed, and us shown to effectively protect structures against earthquakes. To demonstrate the advantages of this new system, the MF-FPS is compared with FPS as an attempt to prove its performance. A six-degree-of-freedom model is considered as a numerical example. The ground acceleration data of El Centro, Mexico and Gebze earthquakes are used as seismic excitations. The results showed that MF-FPS improved performance compared with FPS.
It is well known the importance of considering hysteretic energy demands for the seismic assessment and design of structures. In such a way that it is necessary to establish new parameters of the earthquake ground motion potential able to predict energy demands in structures. In this paper, several alternative vector-valued ground motion intensity measures (IMs) are used to estimate hysteretic energy demands in steel framed buildings under long duration narrow-band ground motions. The vectors are based on the spectral acceleration at first mode of the structure Sa($T_1$) as first component. As the second component, IMs related to peak, integral and spectral shape parameters are selected. The aim of the study is to provide new parameters or vector-valued ground motion intensities with the capacity of predicting energy demands in structures. It is concluded that spectral-shape-based vector-valued IMs have the best relation with hysteretic energy demands in steel frames subjected to narrow-band earthquake ground motions.
Quinde, Pablo;Reinoso, Eduardo;Teran-Gilmore, Amador;Ramos, Salvador
Earthquakes and Structures
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v.17
no.6
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pp.577-590
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2019
The seismic response of structures to strong ground motions is a complex problem that has been studied for decades. However, most of current seismic regulations do not assess the potential level of damage that a structure may undergo during a strong earthquake. This will happen in spite that the design objectives for any structural system are formulated in terms of acceptable levels of damage. In this article, we analyze the expected damage in single-degree-of-freedom systems subjected to long-duration ground motions generated in soft soil sites, such as those located in the lakebed of Mexico City. An energy-based methodology is formulated, under the consideration of input energy as the basis for the evaluation process, to estimate expected damage. The results of the proposed methodology are validated with damage curves established directly with nonlinear dynamic analyses.
Fuzzy logic based control has recently been proposed for regulating the properties of magnetorheological (MR) dampers in an effort to reduce vibrations of structures subjected to seismic excitations. So far, most studies showing the effectiveness of these algorithms have focused on the use of a single MR damper. Because multiple dampers would be needed in practical applications, this study aims to evaluate the effects of multiple individually tuned fuzzy-controlled MR dampers in reducing responses of a multi-degree-of-freedom structure subjected to seismic motions. Two different fuzzy-control algorithms are considered, a traditional controller where all parameters are kept constant, and a gain-scheduling control strategy. Different damper placement configurations are also considered, as are different numbers of MR dampers. To determine the robustness of the fuzzy controllers developed to changes in ground excitation, the structure selected is subjected to different earthquake records. Responses analyzed include peak and root mean square displacements, accelerations, and interstory drifts. Results obtained with the fuzzy-based control schemes are compared to passive control strategies.
The accuracy of the 30% and SRSS rules, commonly used to estimate the combined response of structures, and some related issues, are studied. For complex systems and earthquake loading, the principal components give the maximum seismic response. Both rules underestimate the axial load by about 10% and the COV of the underestimation is about 20%. Both rules overestimate the base shear by about 10%. The uncertainty in the estimation is much larger for axial load than for base shear, and, for axial load, it is much larger for inelastic than for elastic behavior. The effect of individual components may be highly correlated, not only for normal components, but also for totally uncorrelated components. The rules are not always inaccurate for large values of correlation coefficients of the individual effects, and small values of such coefficients are not always related to an accurate estimation of the response. Only for perfectly uncorrelated harmonic excitations and elastic analysis of SDOF systems, the individual effects of the components are uncorrelated and the rules accurately estimate the combined response. In the general case, the level of underestimation or overestimation depends on the degree of correlation of the components, the type of structural system, the response parameter, the location of the structural member and the level of structural deformation. The codes should be more specific regarding the application of these rules. If the percentage rule is used for MDOF systems and earthquake loading, at least a value of 45% should be used for the combination factor.
Torres, Jose I.;Bojorquez, Eden;Chavez, Robespierre;Bojorquez, Juan;Reyes-Salazar, Alfredo;Baca, Victor;Valenzuela, Federico;Carvajal, Joel;Payaan, Omar;Leal, Martin
Earthquakes and Structures
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v.21
no.5
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pp.551-562
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2021
In this study, the generalized intensity measure (IM) named INpg is analyzed. The recently proposed proxy of the spectral shape named Npg is the base of this intensity measure, which is similar to the traditional Np based on the spectral shape in terms of pseudo-acceleration; however, in this case the new generalized intensity measure can be defined through other types of spectral shapes such as those obtained with velocity, displacement, input energy, inelastic parameters and so on. It is shown that this IM is able to increase the efficiency in the prediction of nonlinear behavior of structures subjected to earthquake ground motions. For this work, the efficiency of two particular cases (based on acceleration and velocity) of the generalized INpg to predict the peak floor acceleration demands on steel frames under 30 earthquake ground motions with respect to the traditional spectral acceleration at first mode of vibration Sa(T1) is compared. Additionally, a 3D reinforced concrete building and an irregular steel frame is used as a basis for comparison. It is concluded that the use of velocity and acceleration spectral shape increase the efficiency to predict peak floor accelerations in comparison with the traditional and most used around the world spectral acceleration at first mode of vibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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