This paper presents a systematic approach to the seismic nonlinear analysis and retrofit strategies for existing bridges with isolation system using retrofit slate function newly proposed in this study. A seismic retrofit scheme using sliding base isolation system was presented to reduce the seismic hazard for bridge structures. In this study, two types of isolation systems such as lead bearings and sliding isolators were used. The behavior of sliding isolators was modeled by a triaxial interaction model. And three types of earthquakes such as El Centro, San Fernando, and the artificial were used as earthquake ground excitations. Seismic response analyses of the bridge before and after retrofit were effectively carried out by using a three-dimensional nonlinear seismic analysis program, IDARC-Bridge. Also, this paper proposes a retrofit state function for easily representing the efficiency of a retrofit scheme.
Masoum M. Gharagoz;Seungho Chun;Mohamed Noureldin;Jinkoo Kim
Steel and Composite Structures
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제51권2호
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pp.173-183
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2024
This study investigates a new seismic retrofit system that utilizes rotational friction dampers and axial springs. The retrofit system involves a steel frame with rotational friction dampers (RFD) at beam-column joints and linear springs at the corners, providing energy dissipation and self-centering capabilities to existing structures. The axial spring acts as a self-centering mechanism that eliminates residual deformations, while the friction damper mitigates seismic damage. To evaluate the seismic performance of the proposed retrofit system, a series of cyclic loading tests were carried out on a steel beam-column subassembly equipped with the proposed devices. An analytical model was then developed to validate the experimental results. A performance point ratio (PPR) was presented to optimize the design parameters of the retrofit system, and a performance-based seismic design strategy was developed based on the PPR. The retrofit system's effectiveness and the presented performance-based design approach were evaluated through case study models, and the analysis results demonstrated that the developed retrofit system and the performance-based design procedure were effective in retrofitting structures for multi-level design objectives.
Existing reinforced concrete buildings with seismically deficient details have premature failure under earthquake loads. The fiber-reinforced polymer column jacket enhances the lateral resisting capacities with additional confining pressures. This paper aims to quantify the retrofit effect varying the confinement and stiffness-related parameters under three earthquake scenarios and establish the retrofit strategy. The retrofit effects were estimated by comparing energy demands between non-retrofitted and retrofitted conditions. The retrofit design parameters are determined considering seismic hazard levels to maximize the retrofit effects. The critical parameters of the retrofit system were determined by the confinement-related parameters at moderate and high seismic levels and the stiffness-related parameters at low seismic levels.
In this study, a new seismic retrofit scheme of building structures is developed by combining a steel moment frame and steel slit plates to be installed inside of an existing reinforced concrete frame. This device has the energy dissipation capability of slit dampers with slight loss of stiffness compared to the conventional steel frame reinforcement method. In order to investigate the seismic performance of the retrofit system, it was installed inside of a reinforced concrete frame and tested under cyclic loading. Finite element analysis was carried out for validation of the test results, and it was observed that the analysis and the test results match well. An analytical model was developed to apply the retrofit system to a commercial software to be used for seismic retrofit design of an example structure. The effectiveness of the retrofit scheme was investigated through nonlinear time-history response analysis (NLTHA). The cyclic loading test showed that the steel frame with slit dampers provides significant increase in strength and ductility to the bare structure. According to the analysis results of a case study building, the proposed system turned out to be effective in decreasing the seismic response of the model structure below the given target limit state.
Michael Adane;Hyungoo Kang;Seungho Chun;Jinkoo Kim
Steel and Composite Structures
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제50권5호
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pp.549-562
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2024
In this study a steel moment frame system to be installed on the exterior surface of an existing structure is proposed as a seismic retrofit device. The seismic performance of the retrofit system was investigated by installing it on the exterior of a single story single bay reinforced concrete frame and testing it under cyclic loading. The cyclic loading test results indicated that the steel frame significantly enhanced the strength and ductility of the bare structure. Finite element analysis was carried out to validate the test results, and it was observed that there was good agreement between the two results. An analytical model was developed in order to apply the retrofit system to an example structure subjected to seven mainshock-aftershock sequential earthquake records. It was observed that the model structure was severely damaged due to the mainshock earthquakes, and the seismic response of the model structure increased significantly due to the subsequent aftershock earthquakes. The seismic retrofit of the model structure using the proposed steel frame turned out to be effective in decreasing the seismic response below the given limit state.
In this paper passive seismic retrofit devices for building structures developed by the author in recent years are introduced. The proposed damping devices were developed by slightly modifying the configuration of conventional devices and enhancing their effectiveness. First a seismic retrofit system consisting of a pin-jointed steel frame and rotational friction dampers installed at each corner of the steel frame was developed. Then two types of steel slit dampers were developed; box-type slit damper and multi-slit damper. In addition, hybrid dampers were developed by combining a slit damper and a friction damper connected in parallel. Finally a self-centering system was developed by using preloaded tendons and viscous dampers connected in series. For each retrofit system developed, an appropriate analytical model was developed, and the seismic performance was verified by loading test and earthquake analysis of case study structures. The experimental and analysis results show that the proposed systems can be used efficiently to enhance the seismic performance of building structures.
China is prone to earthquake disasters, and the higher seismic performance is required by many existing civil buildings. And seismic evaluation and retrofit are effective measures to mitigate seismic hazards. With the development of performance-based seismic design and diverse retrofit technology for buildings, advanced evaluation methods and retrofit strategies are in need. In this paper, we introduced the evolution of seismic performance objectives in China combined with performance-based seismic design. Accordingly, multi-phase evaluation methods and comprehensive seismic capacity assessment are introduced. For buildings with seismic deficiency or higher performance requirements, the retrofit technologies are categorized into three types: component strengthening, system optimization, and passive control. Both engineering property and social property for the retrofit methods are discussed. The traditional seismic retrofit methods usually are costly and disturbing, and for example in Beijing, seismic strengthening costs approx. 1000 RMB/m2 (for 160 USD/m2), for hospital building even more expensive as 5000 RMB/m2(for 790 USD/m2). So cost-efficient and little disturbance methods are promising techniques. In the end, some opinions about the retrofit strategy and schemes category are shared and wish to discuss the situation and future of seismic retrofit in China.
Purpose Retrofit, defined to be addition of new technologies or features to the old system to increase efficiency or to abate GHG emissions, is considered as an important alternative for the old coal-fired power plant. The purpose of this study is to propose mathematical method to model multiple alternative retrofit in Generation Capacity Expansion Planning(GCEP) problem, and to get insight to the retrofit patterns from realistic case studies. Design/methodology/approach This study made a multi-alternative retrofit GECP model by adopting some new variables and equations to the existing GECP model. Added variables and equations are to ensure the retrofit feature that the life time of retrofitted plant is the remaining life time of the old power plant. We formulated such that multiple retrofit alternatives are simultaneously compared and the best retrofit alternative can be selected. And we found that old approach to model retrofit has a problem that old plant with long remaining life time is retrofitted earlier than the one with short remaining life time, fixed the problem by some constraints with some binary variables. Therefore, the proposed model is formulated into a mixed binary programming problem, and coded and run using the GAMS/cplex. Findings According to the empirical analysis result, we found that approach to model the multiple alternative retrofit proposed in this study is comparing simultaneously multiple retrofit alternatives and select the best retrofit satisfying the retrofit features related to the life time. And we found that retrofit order problem is cleared. In addition, the model is expected to be very useful in evaluating and developing the national policies concerning coal-fired power plant retrofit.
Existing reinforced concrete frame buildings designed for only gravity loads have been seismically vulnerable due to their inadequate column detailing. The seismic vulnerabilities can be mitigated by the application of a column retrofit technique, which combines high-strength near surface mounted bars with a fiber reinforced polymer wrapping system. This study presents the full-scale shaker testing of a non-ductile frame structure retrofitted using the combined retrofit system. The full-scale dynamic testing was performed to measure realistic dynamic responses and to investigate the effectiveness of the retrofit system through the comparison of the measured responses between as-built and retrofitted test frames. Experimental results demonstrated that the retrofit system reduced the dynamic responses without any significant damage on the columns because it improved flexural, shear and lap-splice resisting capacities. In addition, the retrofit system contributed to changing a damage mechanism from a soft-story mechanism (column-sidesway mechanism) to a mixed-damage mechanism, which was commonly found in reinforced concrete buildings with strong-column weak-beam system.
This study aimed to develop a seismic retrofit technique using a steel frame which can be easily transported and assembled on site. This enables the retrofit steel frame to be easily attached to an existing structure minimizing the unwanted gap between the structure and the steel frame assembly. A one-story one-bay RC frame was tested with and without seismic retrofit using the proposed steel frame to verify the seismic retrofit effect of the proposed system, and an analysis model was developed in Opensees for seismic performance evaluation of a case study soft first-story model structure retrofitted with the developed steel frame assembly. Seismic performance of the model structure was also evaluated considering soil structure interaction effect. The experimental study confirmed that the proposed seismic retrofit system can be applied effectively to improve the seismic performance of framed structures. Time history analysis results of the model structure showed that the proposed steel frame assembly was effective in increasing the seismic load resisting capacity of the soft first-story structure. However more steel frame assemblies were required to satisfy the given performance limit state of the model structure located on weak soil due to the negative soil-structure interaction effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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