Goncalves, Ana Maria;Ferreira, Joao Gomes;Guerreiro, Luis;Branco, Fernando
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.2
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pp.189-204
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2015
After the large destruction of Lisbon due to the 1755 earthquake, the city had to be almost completely rebuilt. In this context, an innovative structural solution was implemented in new buildings, comprising internal timber framed walls which, together with the floors timber elements, constituted a 3-D framing system, known as "cage", providing resistance and deformation capacity for seismic loading. The internal timber framed masonry walls, in elevated floors, are constituted by a timber frame with vertical and horizontal elements, braced with diagonal elements, known as Saint Andrew's crosses, with masonry infill. This paper describes an experimental campaign to assess the in-plane cyclic behaviour of those so called "frontal" walls. A total series of 4 tests were conducted in 4 real size walls. Two models consist of the simple timber frames without masonry infill, and the other two specimens have identical timber frames but present masonry infill. Experimental characterization of the in-plane behaviour was carried out by static cyclic shear testing with controlled displacements. The loading protocol used was the CUREE for ordinary ground motions. The hysteretic behaviour main parameters of such walls subjected to cyclic loading were computed namely the initial stiffness, ductility and energy dissipation capacity.
Stone masonry is one of the oldest construction types due to the natural and free availability of stones and the relatively easy construction. Since stone masonry is brittle, it is also very vulnerable and in the case of earthquakes damage, collapses and causalities are very likely to occur, as it has been seen during the last Italian earthquake in Amatrice in 2016. In the recent years, some researchers have performed experimental tests to improve the knowledge of the behaviour of stone masonry. Concurrently, there is the need to reproduce the seismic behaviour of these structures by numerical approaches, also in consideration of the high cost of experimental tests. In this work, an alternative simplified procedure to numerically reproduce the diagonal compression and shear compression tests on a rubble stone masonry is proposed within the finite element method. The proposed procedure represents the stone units as rigid bodies and the mortar as a plastic material with compression and tension inelastic behaviour calibrated based on parametric studies. The validation of the proposed model was verified by comparison with experimental data. The advantage of this simplified methodology is the use of a limited number of degrees of freedom which allows the reduction of the computational time, which leaves the possibility to carry out parametric studies that consider different wall configurations.
Presented in this paper is the behaviour of asymmetric building isolated by the double variable frequency pendulum isolator (DVFPI). The DVFPI is an adoption of single variable frequency pendulum isolator (VFPI). The geometry and coefficient of friction of top and bottom sliding surfaces can be unequal. The governing equations of motion of the building-isolation system are derived and solved in incremental form. The analysis duly considers the interaction of frictional forces in the two principal directions developed at each sliding surface of the DVFPI. In order to investigate the behaviour of the base isolation using the DVFPI, the coupled lateral-torsional response is obtained under different parametric variations for a set of six far-fault earthquake ground motions and criterion to optimize its performance is proposed. Further, influences of the initial time period, coefficient of friction and frequency variation factors at the two sliding surfaces are investigated. The numerical results of the extensive parametric study help in understanding the torsional behaviour of the structure isolated with the double sliding surfaces as in the DVFPI. It is found that the performance of the DVFPI can be optimized by designing the top sliding surface initially softer and smoother relative to the bottom one.
The assessment of structural performance of transfer structures under potential seismic actions is presented. Various seismic assessment methodologies are used, with particular emphasis on the accurate modelling of the higher mode effects and the potential development of a soft storey effect in the mega-columns below the transfer plate (TP) level. Those methods include response spectrum analysis (RSA), manual calculation, pushover analysis (POA) and equivalent static load analysis (ESA). The capabilities and limitations of each method are highlighted. The paper aims, firstly, to determine the appropriate seismic assessment methodology for transfer structures using these different approaches, all of which can be undertaken with the resources generally available in a design office. Secondly, the paper highlights and discusses factors influencing the response behaviour of transfer structures, and finally provides a general indication of their seismic vulnerability. The representative Hong Kong building considered in this paper utilises a structural system with coupled shear walls and moment resisting portal-frames, above and below the TP, respectively. By adopting the wind load profile stipulated in the Code of Practice on Wind Effects: Hong Kong-1983, all the structural members are sized and detailed according to the British Standards BS8110 and the current local practices. The seismic displacement demand for the structure, when built on either rock or deep soil sites, was determined in a companion paper. The lateral load-displacement characteristic of the building, determined herein from manual calculation, has indicated that the poor ductility (brittle nature) of the mega-columns, due mainly to the high level of axial pre-compression as found from the analysis, cannot be effectively alleviated solely by increasing the quantity of confinement stirrups. The interstorey drift demands at lower and upper zones caused by seismic actions are found to be substantially higher than those arising from wind loads. The mega-columns supporting the TP and the coupling beams at higher zones are identified to be the most vulnerable components under seismic actions.
Gkournelos, Panagiotis D.;Bournas, Dionysios A.;Triantafillou, Thanasis C.
Earthquakes and Structures
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v.16
no.5
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pp.625-639
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2019
The concept of the combined seismic and energy retrofitting of existing reinforced concrete (RC) buildings was examined in this paper through a number of case studies conducted on model buildings (simulating buildings of the '60s-'80s in southern Europe) constructed according to outdated design standards. Specifically, seismic and thermal analyses have been conducted prior to and after the application of selected retrofitting schemes, in order to quantify the positive effect that retrofitting could provide to RC buildings both in terms of their structural and energy performance. Advanced materials, namely the textile reinforced mortars (TRM), were used for providing seismic retrofitting by means of jacketing of masonry infills in RC frames. Moreover, following the application of the TRM jackets, thermal insulation materials were simultaneously provided to the RC building envelope, exploiting the fresh mortar used to bind the TRM jackets. In addition to the externally applied insulation material, all the fenestration elements (windows and doors) were replaced with new high energy efficiency ones. Afterwards, an economic measure, namely the expected annual loss (EAL) was used to evaluate the efficiency of each retrofitting method, but also to assess whether the combined seismic and energy retrofitting is economically feasible. From the results of this preliminary study, it was concluded that the selected seismic retrofitting technique can indeed enhance significantly the structural behaviour of an existing RC building and lower its EAL related to earthquake risks. Finally, it was found that the combined seismic and energy upgrading is economically more efficient than a sole energy or seismic retrofitting scenario for seismic areas of south Europe.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.131-142
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2021
For old piers constructed when seismic design code had not been developed, lap splices usually exist in plastic hinge region. Corrosion of rebars causes decreasement in cross-sectional area of rebar and deterioration of lap-splice behaviour, thereby reducing the seismic performance of the old piers. In this research, according to these characteristics of old piers, test specimens are designed and manufactured considering rebar corrosion, lap splice, seismic design details, and seismic reinforcement. These effects are investigated through experiments. As a result of these experiment, rebar corrosion as well as lap splice reduces displacement ductility. When seismic design details or steel-plate reinforcement are applied, sufficient displacement ductility is expressed. For non-seismically designed specimens, loosening of the lap splice of transverse rebars caused buckling of longitudinal rebars and crushing of core concrete in plastic hinge region . For seismically designed specimen, area-reducing and untying of transverse rebars due to corrosion of rebars caused buckling of longitudinal rebars and crushing of core concrete.
Pushover analysis has gained significant popularity as an analytical tool for realistic determination of the inelastic behaviour of RC structures. Though significant work has been done to evaluate the demands realistically, the evaluation of capacity and realistic failure modes has taken a back seat. In order to throw light on the inelastic behaviour and capacity evaluation for the RC framed structures, a 3D Reinforced concrete frame structure was tested under monotonically increasing lateral pushover loads, in a parabolic pattern, till failure. The structure consisted of three storeys and had 2 bays along the two orthogonal directions. The structure was gradually pushed in small increments of load and the corresponding displacements were monitored continuously, leading to a pushover curve for the structure as a result of the test along with other relevant information such as strains on reinforcement bars at critical locations, failure modes etc. The major failure modes were observed as flexural failure of beams and columns, torsional failure of transverse beams and joint shear failure. The analysis of the structure was by considering all these failure modes. In order to have a comparison, the analysis was performed as three different cases. In one case, only the flexural hinges were modelled for critical locations in beams and columns; in second the torsional hinges for transverse beams were included in the analysis and in the third case, joint shear hinges were also included in the analysis. It is shown that modelling and capturing all the failure modes is practically possible and such an analysis can provide the realistic insight into the behaviour of the structure.
According to the new directives about the rational and efficient use of energy, thermal bridges in buildings have to be avoided, and the thermal insulation (TI) layer should run without interruptions all around the building - even under its foundations. The paper deals with the seismic response of multi-storeyed reinforced concrete (RC) frame building structures founded on an extruded polystyrene (XPS) layer placed beneath the foundation slab. The purpose of the paper is to elucidate the problem of buildings founded on a TI layer from the seismic resistance point of view, to assess the seismic behaviour of such buildings, and to search for the critical parameters which can affect the structural and XPS layer response. Nonlinear dynamic and static analyses were performed, and the seismic response of fixed-base (FB) and thermally insulated (TI) variants of nonlinear RC building models were compared. Soil-structure interaction was also taken into account for different types of soil. The results showed that the use of a TI layer beneath the foundation slab of a superstructure generally induces a higher peak response compared to that of a corresponding system without TI beneath the foundation slab. In the case of stiff structures located on firm soil, amplification of the response might be substantial and could result in exceedance of the superstructure's moment-rotation plastic hinge capacities or allowable lateral roof and interstorey drift displacements. In the case of heavier, slenderer, and higher buildings subjected to stronger seismic excitations, the overall response is governed by the rocking mode of oscillation, and as a consequence the compressive strength of the XPS could be insufficient. On the other hand, in the case of low-rise and light-weight buildings, the friction capacity between the layers of the applied TI foundation set might be exceeded so that sliding could occur.
A retaining wall system is widely constructed civil structure to maximize the effectiveness of practical use of the land. Recently, the technology which is more eco-friendly and owns seismic stability of the retaining wall system becomes important. In this study, an Eco-BELT system using natural rocks as the front wall is introduced and the seismic characteristics of the Eco-BELT system are analyzed based on 2 and 3 dimensional numerical analysis. The soil-structure interface comprises between backfill soil and natural rocks are considered. The relative density is mainly considered to influence the seismic behavior of Eco-BELT system, and T-shaped deadman is also considered to judge the increase of seismic stability. As a result, lateral displacement of the wall decreases 29.5% in maximum under 90% of relative density and decreases 21.2 to 21.9% with T-shaped deadman, therefore, the seismic effectiveness of T-shaped deadman and increasing relative density of backfill are verified by numerical analysis.
As part of basic studies of monitoring carbon dioxide ($CO_2$) storage using electrical and seismic surveys, laboratory experiments have been conducted to measure resistivity and P-wave velocity changes due to the injection of $CO_2$ into water-saturated sandstone. The rock sample used is a cylinder of Berea sandstone. $CO_2$ was injected under supercritical conditions (10 MPa, $40^{\circ}C$). The experimental results show that resistivity increases monotonously throughout the injection period, while P-wave velocity and amplitude decrease drastically due to the supercritical $CO_2$ injection. A reconstructed P-wave velocity tomogram clearly images $CO_2$ migration in the sandstone sample. Both resistivity and seismic velocity are useful for monitoring $CO_2$ behaviour. P-wave velocity, however, is less sensitive than resistivity when the $CO_2$ saturation is greater than ~20%. The result indicates that the saturation estimation from resistivity can effectively complement the difficulty of $CO_2$ saturation estimations from seismic velocity variations. By combining resistivity and seismic velocity we were able to estimate $CO_2$ saturation distribution and the injected $CO_2$ behaviour in our sample.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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