Recent test results of steel moment connections repaired with a haunch on the bottom side of the beam have been shown to be a very promising solution to enhancing the seismic performance of steel moment-resisting frames. Yet, little is known about the effects of using such a repair scheme on the global seismic response of structures. When haunches are incorporated in a steel moment frame, the response prediction is complicated by the presence of "dual" panel zones. To investigate the effects of a repair on seismic performance, a case study was conducted for a 13-story steel frame damaged during the 1994 Northridge earthquake. It was assumed that only those locations with reported damage would be repaired with haunches. A new analytical modeling technique for the dual panel zone developed by the author was incorporated in the analysis. Modeling the dual panel zone was among the most significant consideration in the analyses. Both the inelastic static and dynamic analyses did not indicate detrimental side effects resulting from the repair. As a result of the increased strength in dual panel zones, yielding in these locations were eliminated and larger plastic rotation demand occurred in the beams next to the shallow end of the haunches. Nevertheless, the beam plastic rotation demand produced by the Sylmar record of 1994 Northridge earthquake was still limited to 0.017 radians. The repair resulted in a minor increase in earthquake energy input. In the original structure, the panel zones should dissipate about 80% (for the Oxnard record) and 70% (for the Sylmar record) of the absorbed energy, assuming no brittle failure of moment connections. After repair, the energy dissipated in the panel zones and beams were about equal.
For the safe seismic design of buildings, it is necessary to predict the plastic deformation demands of the members as well as the story drift ratio. In the present study, a simple method of estimating the beam plastic rotation was developed for special-moment-resisting steel frame structures designed with strong column-weak beam behavior. The proposed method uses elastic analysis rather than nonlinear analysis, which is difficult to use in practice. The beam plastic rotation was directly calculated based on the results of the elastic analysis, addressing the moment redistribution, the column and joint dimensions, the movement of the plastic hinge, the panel zone deformation, the gravity load, and the strain-hardening behavior. In addition, the rocking effect of the braced frame or core wall on the beam plastic rotation was addressed. For verification, the proposed method was applied to a six-story special-moment frame designed with strong column-weak beam behavior. The predicted plastic rotations of the beams were compared with those that were determined via nonlinear analysis. The beam plastic rotations that were predicted using the proposed method correlated well with those that were determined from the nonlinear pushover analysis.
In this paper, an analytical study was carried out to propose an optimum base-isolated system for the design of steel structures equipped with lead rubber bearings (LRB). For this, 5 and 10-storey steel moment resisting frames (MRFs) were designed as Special Moment Frame (SMF). These two-dimensional and three-bay frames equipped with a set of isolation systems within a predefined range that minimizes the response of the base-isolated frames subjected to a series of earthquakes. In the design of LRB, two main parameters, namely, isolation period (T) and the ratio of strength to weight (Q/W) supported by isolators were considered as 2.25, 2.5, 2.75 and 3 s, 0.05, 0.10 and 0.15, respectively. The Force-deformation behavior of the isolators was modelled by the bi-linear behavior which could reflect the nonlinear characteristics of the lead-plug bearings. The base-isolated frames were modelled using a finite element program and those performances were evaluated in the light of the nonlinear time history analyses by six natural accelerograms compatible with seismic hazard levels of 2% probability of exceedance in 50 years. The performance of the isolated frames was assessed in terms of roof displacement, relative displacement, interstorey drift, absolute acceleration, base shear and hysteretic curve.
In this article the seismic demand and performance of two recent braced steel frames named steel moment frames with the elliptic bracing (ELBRFs) are assessed through a laboratory program and numerical analyses of FEM. Here, one of the specimens is without connecting bracket from the corner of the frame to the elliptic brace (ELBRF-E), while the other is with the connecting brackets (ELBRF-B). In both the elliptic braced moment resisting frames (ELBRFs), in addition to not having any opening space problem in the bracing systems when installed in the surrounding frames, they improve structure's behavior. The experimental test is run on ½ scale single-story single-bay ELBRF specimens under cyclic quasi-static loading and compared with X-bracing and SMRF systems in one story base model. This system is of appropriate stiffness and a high ductility, with an increased response modification factor. Moreover, its energy dissipation is high. In the ELBRF bracing systems, there exists a great interval between relative deformation at the yield point and maximum relative deformation after entering the plastic region. In other words, the distance from the first plastic hinge to the collapse of the structure is fairly large. The experimental outcomes here, are in good agreement with the theoretical predictions.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.535-540
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2006
Recently, the resizing algorithms based on the displacement participation factors have been developed for sizing members to satisfy stiffness criteria. It is proved that this resizing algorithms made for utilizing worker's stiffness design are practical and rational when applied to aseismatic design in the range of elastic until now. However, by the preceding research we confirmed that the inelastic performance of steel moment-resisting frame designed by resizing algorithms is not better than that of the frame before resizing. We present therefore a plan for improving inelastic performance of steel moment-resizing frame to which resizing algorithms applied in this paper.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.321-328
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2003
The objective of this study is to investigate the seismic response of high-rise RC bearing-wall structures with irregularity. For this purpose, three 1:12 scale 17-story reinforced concrete model structures were constructed according to the similitude law, in which the upper 15 stories have a bearing-wall system while the lower 2-story frames have three different layouts of the plan : The first one is a moment-resisting frame system, the second has a infilled shear wall with symmetric plan and the third has a infilled shear wall with eccentricity, Then, these models were subjected to a series of earthquake excitations. The test results show the followings: 1) the existence of shear wall reduced greatly shear deformation at the piloti frame, but has almost the negligible effect on the reduction of the overturning-moment angle, 2) the frame with shear wall resists most of overturning moment in severe earthquake, 3) the torsional behavior is almost independent of the translational, 4) the absorbed energy due to the overturning deformation has the largest portion in the total absorbed energy.
Design of structures subjected to blast loads are usually carried out through nonlinear inelastic dynamic analysis followed by imposing acceptance criteria specified in design codes. In addition to comprehensive aspects of inelastic dynamic analyses, particularly in analysis and design of structures subjected to transient loads, they inherently suffer from convergence and computational cost problems. In this research, a strategy is proposed for design of steel moment resisting frames under far range blast loads. This strategy is inspired from performance based seismic design concepts, which is here developed to blast design. For this purpose, an algorithm is presented to calculate the capacity modification factors of frame members in order to simplify design of these structures subjected to blast loading. The present method provides a simplified design procedure in which the linear dynamic analysis is preformed, instead of the time-consuming nonlinear dynamic analysis. Nonlinear and linear analyses are accomplished in order to establish this design procedure, and consequently the final design procedure is proposed as a strategy requiring only linear structural analysis, while acceptance criteria of nonlinear analysis is implicitly satisfied.
This study presents a replaceable reduced beam section (R-RBS) located at the column end in moment resisting frames (MRFs). An end of the R-RBS is connected to column by using end-plate moment connection and the other end of that is connected to main beam with beam splice connection. Therefore, the RBS that is expected to yield under an earthquake can be easily replaceable. Geometry of the RBS and the thickness of the beam splice connection are the prime variables of this study. A total of eight experimental test was carried out to examine the seismic performance of the proposed R-RBS with the connection details. The results obtained from experimental studies demonstrated that plate sizes of the beam splice connection significantly affect the seismic performance of RBSs used in MRFs.
The purpose of this study is to investigate the linear earthquake behavior of the frame structures including subsoil with different stiffening members and to compare the results of each frame considered. These comparisons are made separately for displacement, bending moments and axial forces for frames with different storey and bay numbers for the time history and the modal analyses. The results of both methods are also compared. The results of the frames with subsoil are also compared with the results of the frames without subsoil. It is concluded that all stiffening members considered in this study decrease the lateral displacement of the frame and the bending moment of the columns and increase the axial force in the columns and that configuration of the bracing members come out to be an important parameter in braced frames since the frames with the same type of bracing give different results depending on configuration. It is also concluded that, in general, the absolute maximum displacements of the frames modeled with subsoil are larger than those of the frames modeled without subsoil.
This study presents a hunting search based optimum design algorithm for engineering optimization problems. Hunting search algorithm is an optimum design method inspired by group hunting of animals such as wolves, lions, and dolphins. Each of these hunters employs hunting in a different way. However, they are common in that all of them search for a prey in a group. Hunters encircle the prey and the ring of siege is tightened gradually until it is caught. Hunting search algorithm is employed for the automation of optimum design process, during which the design variables are selected for the minimum objective function value controlled by the design restrictions. Three different examples, namely welded beam, cellular beam and moment resisting steel frame are selected as numerical design problems and solved for the optimum solution. Each example differs in the following ways: Unlike welded beam design problem having continuous design variables, steel frame and cellular beam design problems include discrete design variables. Moreover, while the cellular beam is designed under the provisions of BS 5960, LRFD-AISC (Load and Resistant Factor Design-American Institute of Steel Construction) is considered for the formulation of moment resisting steel frame. Levy Flights is adapted to the simple hunting search algorithm for better search. For comparison, same design examples are also solved by using some other well-known search methods in the literature. Results reveal that hunting search shows good performance in finding optimum solutions for each design problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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