Structures in seismic regions are designed to dissipate seismic energy input through inelastic deformations. Structural or component failure occurs when the hysteretic energy demand for a structure or component subject to an earthquake ground motion (EQGM) exceeds its hysteretic energy dissipation capacity. This paper presents a study on identifying the hysteretic energy demand and distribution throughout the height of regular steel moment resisting frames (SMRFs) subject to severe EQGMs. For this purpose, non-linear dynamic time history (NDTH) analyses were carried out on regular low-, medium-, and high-rise steel SMRFs. An ensemble of ninety EQGMs recorded on different soil types was used in the study. The results show that the hysteretic energy demand decreases from the bottom stories to the upper stories and for high-rise structures, most of the hysteretic energy is dissipated by the bottom stories. The decrease is quite significant, especially, for medium- and high-rise structures.
In the present study a parametric analysis is conducted to study the effect of pile dimension and soil properties on the nonlinear dynamic response of pile subjected to lateral sinusoidal load at the pile head. The study is conducted on soil-pile model of different pile diameter, pile length and soil modulus, and results are compared to get the effect. The soil-pile system is modelled using Finite element method. The programming is done in MATLAB. Time history analysis of model is done for varying non-dimensional frequency of load and the results are compared to get the non-dimensional frequency at which pile head displacement is maximum in each case. Maximum possible bending moment and soil-pile interacting forces for the dynamic excitation of the pile is also compared. When results are compared with the linear response, it is observed that non-dimensional frequency is reduced in nonlinear response on account of reduction in the soil stiffness due to yielding. Nonlinear response curve shows high amplitude as compared to linear response curve.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.810-813
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2004
A study on the dynamic response of single-storey steel frames equipped with a rotational friction damper is presented. Extensive testing was carried out for assessing the friction pad material, damper unit performance and foaled model frame response to lateral harmonics excitation. Numerical simulations based on non-linear time history analysis were used to evaluate the seismic behaviour of steel frames with rotational frictional damper. It Is demonstrated that using discrete friction dampers of proper parameters to link steel frame can reduce dynamic response significantly.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.219-222
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2005
Many RC building structures of multiple uses constructed in Korea have the irregularities of torsion and soft story at bottom stories. A typical irregular building was selected as prototype and shaking table tests were performed to investigate the seismic performance of this building. The objective of this study is to evaluate the correlation between the experimental and analytical responses of this irregular building structure subjected to the earthquake excitation by using OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation). The results of analyses simulate well the behavior of the building having torsional irregularity and weak stories.
Shatnawi, Anis S.;Al-Beddawe, Esra'a H.;Musmar, Mazen A.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.3
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pp.295-310
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2019
This study attempts to develop new simplified approximate formulas to predict the fundamental natural periods of vibration (T) for bearing wall systems engaged with special reinforced concrete shear walls (RCSW) under seismic loads. Commonly, seismic codes suggested empirical formulas established by regression analysis of measured T for buildings during earthquake motions. These formulas depend on structure type, building height, number, height and length of SW, and ratio of SW area to base area of structure. In this study, a parametric investigation is performed for T of 110 selected models of bearing RCSW systems with varying structural height, configuration of horizontal plans including building width, number and width of bays, presence of middle corridors and core SWs. For this purpose, a 3D non-linear response time history (TH) analysis is implemented using ETABS v16.2.1. New formulas to estimate T are anticipated and compared with those obtained from formulas of IBC 2012 and ASCE/SEI 7-10. Moreover, the study examines responses of an arbitrarily two selected test model of 60 m and 80 m in height with presence of SWs having middle corridors. It is observed that the performance of the tested buildings is different through arising of considerable errors when using codes' formulas for estimating T. Accordingly, using the present proposed formulas exhibits more reasonable and safer design compared to codes' formulas. The results showed that equitable enhancement is promising to improve T formulas approaching enhanced and accurate estimation of T with reliable analysis, design, and evaluation of bearing RCSW systems.
Kim, Jin-Il;Ha, Su-Bok;Sung, Dae-Jung;Kim, Mun-Young;Shin, Hyun-Mock
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.6
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pp.655-662
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2011
For analyzing seismic performance of long-span bridge for multi-support excitation and preparing technically and efficiently for a variety of design demands, the new module on multiple excitation was built in a reliable non-linear analysis program(RCAHEST) by using Influence Line Method, and the study on structures was performed previously. Also, the result of the analysis through RCAHEST was compared and verified with commercial finite element analysis program SAP2000 by using the feature of Multi-Support Excitation. From these results, nonlinear time history analysis considering multi-support excitation was studied after designing FE model of Incheon cable-stayed bridge. It was proved that the maximum response of horizontal displacement decreased as the time delay was increasing at all nodes of bridge. And then the serviceability of analysis model was evaluated by performing ultimate analysis under changes in maximum acceleration of seismic load data.
Using the nonlinear static procedures has become very common in seismic codes to achieve the nonlinear response of the structure during an earthquake. The capacity spectrum method (CSM) adopted in ATC-40 is considered as one of the most known and useful procedures. For this procedure the seismic demand can be approximated from the maximum deformation of an equivalent linear elastic Single-Degree-of-Freedom system (SDOF) that has an equivalent damping ratio and period by using an iterative procedure. Data from the results of this procedure are plotted in acceleration- displacement response spectrum (ADRS) format. Different improvements have been made in order to have more accurate results compared to the Non Linear Time History Analysis (NL-THA). A new procedure is presented in this paper where the iteration process shall not be required. This will be done by estimation the ductility demand response spectrum (DDRS) and the corresponding effective damping of the bilinear system based on a new parameter of control, called normalized yield strength coefficient (η), while retaining the attraction of graphical implementation of the improved procedure of the FEMA-440. The proposed procedure accuracy should be verified with the NL-THA analysis results as a first implementation. The comparison shows that the new procedure provided a good estimation of the nonlinear response of the structure compared with those obtained when using the NL-THA analysis.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.04a
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pp.99-106
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1995
The seismic responses of a base Isolated Pressurized Water Reactor(PWR) are investigated using a mathematical model which expresses the superstructure as a linear lumped mass-spring and the seismic Isolator as an equivalent spring-damper. Time history analyses are performed for the 1940 El Centre earthquake with linear amplification. In the analysis 5% of structural damping is used for the superstructure. The effects of high damping rubber bearing on seismic response of the superstructure in base isolated system are evaluated for four stiffness model types. The acceleration responses in base isolated PWR superstructure with high damping rubber bearings are much smaller than those in fixed base structure. In the higher strain region where stiffness behaves non-linearly, the acceleration responses modelled by one equivalent stiffness are smaller than those in nonlinear spring model, and the higher stiffness spring model of isolator exhibits larger peak acceleration response at superstructure in the frequency range above 2.0 Hz. when subjected to linearly amplified 1940 El Centre earthquake.
Pejovic, Jelena R.;Serdar, Nina N.;Pejovic, Radenko R.
Earthquakes and Structures
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v.13
no.3
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pp.221-230
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2017
One of the important phases of probabilistic performance-based methodology is establishing appropriate probabilistic seismic demand models (PSDMs). These demand models relate ground motion intensity measures (IMs) to demand measures (DMs). The objective of this paper is selection of the optimal IMs in probabilistic seismic demand analysis (PSDA) of the RC high-rise buildings. In selection process features such as: efficiency, practically, proficiency and sufficiency are considered. RC high-rise buildings with core wall structural system are selected as a case study building class with the three characteristic heights: 20-storey, 30-storey and 40-storey. In order to determine the most optimal IMs, 720 nonlinear time-history analyses are conducted for 60 ground motion records with a wide range of magnitudes and distances to source, and for various soil types, thus taking into account uncertainties during ground motion selection. The non-linear 3D models of the case study buildings are constructed. A detailed regression analysis and statistical processing of results are performed and appropriate PSDMs for the RC high-rise building are derived. Analyzing a large number of results it are adopted conclusions on the optimality of individual ground motion IMs for the RC high-rise building.
One of the important causes of building and infrastructure failure, such as bridges on pile foundations, is the placement of the piles in liquefiable soil that can become unstable under seismic loads. Therefore, the overarching aim of this study is to investigate the seismic behavior of a soil-pile system in liquefiable soil using three-dimensional numerical FEM analysis, including soil-pile interaction. Effective parameters on concrete pile response, involving the pile diameter, pile length, soil type, and base acceleration, were considered in the framework of finite element non-linear dynamic analysis. The constitutive model of soil was considered as elasto-plastic kinematic-isotropic hardening. First, the finite element model was verified by comparing the variations on the pile response with the measured data from the centrifuge tests, and there was a strong agreement between the numerical and experimental results. Totally 64 non-linear time-history analyses were conducted, and the responses were investigated in terms of the lateral displacement of the pile, the effect of the base acceleration in the pile behavior, the bending moment distribution in the pile body, and the pore pressure. The numerical analysis results demonstrated that the relationship between the pile lateral displacement and the maximum base acceleration is non-linear. Furthermore, increasing the pile diameter results in an increase in the passive pressure of the soil. Also, piles with small and big diameters are subjected to yielding under bending and shear states, respectively. It is concluded that an effective stress-based ground response analysis should be conducted when there is a liquefaction condition in order to determine the maximum bending moment and shear force generated within the pile.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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