This paper addresses the concept of lateral overstrength; the ratio of actual lateral strength to design base shear force, for both SDOF and MDOF systems considering soil structure interaction. Overstrength factors are obtained with inelastic time history analysis for SDOF systems for period range of 0.1-3.0 s, five different aspect ratios (h/r=1, 2, 3, 4, 5) and five levels of ductility (${\mu}$=2, 3, 4, 5, 6) considering soil structure interaction. Structural overstrength for MDOF systems are obtained with inelastic time history collapse analysis for sample 1, 3, 6, 9, 12 and 15 storey RC frame systems. In analyses, 64 ground motions recorded on different site conditions such as rock, stiff soil, soft soil and very soft soil are used. Also lateral overstrength ratios considering soil structure interaction are compared with those calculated for fixed-base cases.
성능보장설계는 교각이 완전한 소성회전성능을 발휘할 때까지 다른 구조요소들과 교각 자체가 취성파괴 되지 않도록 설계하여 교량 전체 시스템의 연성파괴를 보장하기 위한 것으로서, 현행 도로교설계기준에는 명시적으로 규정되어 있지 않으나 대부분의 외국 교량내진설계기준에 채택되어 있다. 성능보장설계에서는 철근콘크리트 교각의 휨 초과강도를 구하고 이를 변환한 전단력을 교각, 기초, 말뚝에 작용하는 횡하중 설계전단력으로 결정하여 교각의 전단설계, 기초설계, 말뚝설계를 수행하도록 규정한다. 이 때 교각의 최대 소성모멘트를 결정하는 방법은 설계기준별로 각기 다른데, 이는 각 국의 재료 시공환경이 다르기 때문이다. 본 연구에서는 국내에서 사용하는 철근의 인장강도 측정치 3,407개와 콘크리트 압축강도 측정치 5,405개의 분석을 통하여 재료 초과강도계수를 제안하였고, 이를 적용하여 휨 초과강도를 결정하는 방법을 제시하였으며, 1,500개의 교각단면에 대한 모멘트-곡률 해석을 수행한 후 통계분석을 통하여 우리나라 실정에 적합한 초과강도계수를 제안하였다.
The capacity protection is normally related with slenderness effect of the columns, force transfer in connections between columns and adjacent elements, and shear design of columns. It is intends to prevent brittle failure of the structural components of bridges, so that the whole bridge system may show ductile behavior and failure during earthquake events. For bridge systems, this means it is necessary to assess the overstrength capacity of columns prior to proceeding with the design of foundation and superstructure. The objective of this paper is to develop a capacity design approach that applies an overstrength factor for determination of possible maximum shear force in the plastic hinge zone of reinforced concrete bridge columns. In order to estimate and determine overstrength factor, material strength was developed to investigate for actual material strength total 3,407 steel and 5,405 concrete by domestic product. Based on actual material strength, this paper was conducted on moment overstrength factors using moment-curvature analysis program. And also design recommendations for capacity design are presented to revise the annual report, KEERC 2002.
The overstrength factor and the ductility factor are the two important factors that determines response modification factors used in current seismic codes. The objective of this paper is to obtain the overstrength and ductility factors of special concentric braced frames. For this purpose pushover analysis is performed with model structures until the maximum inter-story drift reaches 2.5% of story height. According to the analysis results, the overstrength factors increase as the height of structures decreases and the span length increases. Ductility factors for mid-story structures turns out to be higher than the other structures and span length does not contribute much to ductility factors.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권3호
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pp.355-371
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2016
In this study seismic performance of reinforced concrete staggered wall system structures were investigated and their behavior factors such as overstrength factors, ductility factors, and the response modification factors were evaluated from the overstrength and ductility factors. To this end, 5, 9, 15, and 25-story staggered wall system (SWS) structures were designed and were analyzed by nonlinear static and dynamic analyses to obtain their nonlinear force-displacement relationships. The response modification factors were computed based on the overstrength and the ductility capacities obtained from capacity envelopes. The analysis results showed that the 5- and 9-story SWS structures failed due to yielding of columns and walls located in the lower stories, whereas in the 15- and 25-story structures plastic hinges were more widely distributed throughout the stories. The computed response modification factors increased as the number of stories decreased, and the mean value turned out to be larger than the value specified in the design code.
This paper reviews aspects of current design procedures for seismic design of structures, and specifically examines their relevance to the design of light framed residential buildings under earthquake loading. The significance of the various structural contributions made by the components of cold formed steel framed residential structures subjected to earthquake induced loadings has been investigated. This is a common form of residential construction worldwide. Particular attention is given to aspects related to ductility and overstrength, the latter arising principally from the contributions of the designated "non-structural" components. Based on both analytical and experimental data obtained from research investigations on steel framed residential structures, typical ranges of the ductility reduction factor and overstrength ratios are determined. It is concluded that the latter parameter has a very significant influence on the seismic design of such structures. Although the numerical ranges for the inelastic seismic parameters given in this paper were obtained for Australian houses, the concepts and the highlighted aspects of seismic design methodology are more widely applicable.
본 논문에서는 좌굴방지 가새 (BRBF)가 설치된 중저층 철골조 구조물의 초과강도계수를 평가하였다. 해석 모델의 설계변수로는 건물의 층 수, 경간의 길이, 가새의 항복강도, 지진하중의 크기, 반응수정계수 등 다양하게 설정하였다. 초과강도계수는 ATC-19에서 제시하고 있는 방법에 따라 정적 비탄성해석을 이용하여 산정하였다. 해석결과에 따르면 본 연구에서 구한 BRBF의 초과강도계수는 AISC/SEAOC에서 BRBF에 관하여 제시한 초과강도계수 값보다 전체적으로 크게 나타났다.
Seismic design codes are developed mainly based on the observation of the behavior of structures in the high seismicity regions where structures may experience significant amount of inelastic deformations and major earthquakes may result in structural damages in a vast area. Therefore, seismic loads are reduced in current design codes for building structures using response modification factors which depend on the ductility capacity and overstrength of a structural system. However, structures in low seismicity regions, subjected to a minor earthquake, will behave almost elastically because of the larger overstrength of structures in low seismicity regions such as Korea. Structures in low seismicity regions may have longer periods since they are designed to smaller seismic loads and main target of design will be minor or moderate earthquakes occurring nearby. Ground accelerations recorded at stations near the epicenter may have somewhat different response spectra from those of distant station records. Therefore, it is necessary to verify if the seismic design methods based on high seismicity would he applicable to low seismicity regions. In this study, the adequacy of design spectra, period estimation and response modification factors are discussed for the seismic design in low seismicity regions. The response modification factors are verified based on the ductility and overstrength of building structures estimated from the farce-displacement relationship. For the same response modification factor, the ductility demand in low seismicity regions may be smaller than that of high seismicity regions because the overstrength of structures may be larger in low seismicity regions. The ductility demands in example structures designed to UBC97 for high, moderate and low seismicity regions were compared. Demands of plastic rotation in connections were much lower in low seismicity regions compared to those of high seismicity regions when the structures are designed with the same response modification factor. Therefore, in low seismicity regions, it would be not required to use connection details with large ductility capacity even for structures designed with a large response modification factor.
The flexural behaviour of steel beams significantly affects the structural performance of the steel frame structures. In particular, the flexural overstrength (namely the ratio between the maximum bending moment and the plastic bending strength) that steel beams may experience is the key parameter affecting the seismic design of non-dissipative members in moment resisting frames. The aim of this study is to present a new formulation of flexural overstrength factor for steel beams by means of artificial neural network (NN). To achieve this purpose, a total of 141 experimental data samples from available literature have been collected in order to cover different cross-sectional typologies, namely I-H sections, rectangular and square hollow sections (RHS-SHS). Thus, two different data sets for I-H and RHS-SHS steel beams were formed. Nine critical prediction parameters were selected for the former while eight parameters were considered for the latter. These input variables used for the development of the prediction models are representative of the geometric properties of the sections, the mechanical properties of the material and the shear length of the steel beams. The prediction performance of the proposed NN model was also compared with the results obtained using an existing formulation derived from the gene expression modeling. The analysis of the results indicated that the proposed formulation provided a more reliable and accurate prediction capability of beam overstrength.
Seismic performance evaluation was conducted for four wind-designed concentrically braced steel highrise buildings in order to check the feasibility of designing steel highrise buildings per elastic seismic design criterion (or strength and stiffness solution) in the regions of strong wind and moderate seismicity. The pushover analysis results revealed that the wind-designed highrise buildings possess significantly increased elastic seismic capacity due to the overstrength resulting from the wind serviceability criterion. The strength demand-to-capacity study showed that, due to the wind-induced overstrength, highrise buildings with a slenderness ratio of larger than four or five can withstand elastically even the maximum considered earthquake at the performance level of immediate occupancy. Based on the analytical results of this study, practical elastic seismic design procedure for steel highrise buildings in the regions of moderate seismicity is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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