This paper presents an experimental study of six steel reinforced high strength concrete T-shaped short-limb shear walls configured with T-shaped steel truss under low cyclic reversed loading. Considering different categories of ratios of wall limb height to thickness, shear/span ratios, axial compression ratios and stirrup reinforcement ratios were selected to investigate the seismic behavior (strength, stiffness, energy dissipation capacity, ductility and deformation characteristics) of all the specimens. Two different failure modes were observed during the tests, including the flexural-shear failure for specimens with large shear/span ratio and the shear-diagonal compressive failure for specimens with small shear/span ratio. On the basis of requirement of Chinese seismic code, the deformation performance for all the specimens could not meet the level of 'three' fortification goals. Recommendations for improving the structural deformation capacity of T-shaped steel reinforced high strength concrete short-limb shear wall were proposed. Based on the experimental observations, the mechanical analysis models for concrete cracking strength and shear strength were derived using the equivalence principle and superposition theory, respectively. As a result, the proposed method in this paper was verified by the test results, and the experimental results agreed well with the proposed model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.1
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pp.23-32
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2018
In this study, we conducted a shake table test to verify the seismic performance of the paneling system with steel truss composed of bolt connections. The control group was set to the traditional paneling system with steel truss connected by spot welding method. Test results showed that the bolted connection type paneling system has excellent deformation capacity without cracking or brittle fracture of the steel truss connection parts compared to the welding type paneling system. Furthermore, in the bolted connection type, slight damage occurred at the time of occurrence of the same story drift angle as compared with the existing method, it is considered that it has excellent seismic performance. In compliance with the performance-based design recommended for the current code (ASCE 41-13) on non-structural components, it is judged that in the case of the bolted connection type paneling system, it can be applied to all risk category structures without restriction. However, in the case of traditional paneling system with spot welding method, it is considered that it can be applied limitedly.
Kalapodis, Nicos A.;Papagiannopoulos, George A.;Beskos, Dimitri E.
Earthquakes and Structures
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v.18
no.1
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pp.27-44
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2020
This work presents a comparison of three performance-based seismic design methods (PBSD) as applied to plane steel frames having eccentric braces (EBFs) and buckling restrained braces (BRBFs). The first method uses equivalent modal damping ratios (ξk), referring to an equivalent multi-degree-of-freedom (MDOF) linear system, which retains the mass, the elastic stiffness and responds in the same way as the original non-linear MDOF system. The second method employs modal strength reduction factors (${\bar{q}}_k$) resulting from the corresponding modal damping ratios. Contrary to the behavior factors of code based design methods, both ξk and ${\bar{q}}_k$ account for the first few modes of significance and incorporate target deformation metrics like inter-storey drift ratio (IDR) and local ductility as well as structural characteristics like structural natural period, and soil types. Explicit empirical expressions of ξk and ${\bar{q}}_k$, recently presented by the present authors elsewhere, are also provided here for reasons of completeness and easy reference. The third method, developed here by the authors, is based on a hybrid force/displacement (HFD) seismic design scheme, since it combines the force-base design (FBD) method with the displacement-based design (DBD) method. According to this method, seismic design is accomplished by using a behavior factor (qh), empirically expressed in terms of the global ductility of the frame, which takes into account both non-structural and structural deformation metrics. These expressions for qh are obtained through extensive parametric studies involving non-linear dynamic analysis (NLDA) of 98 frames, subjected to 100 far-fault ground motions that correspond to four soil types of Eurocode 8. Furthermore, these factors can be used in conjunction with an elastic acceleration design spectrum for seismic design purposes. Finally, a comparison among the above three seismic design methods and the Eurocode 8 method is conducted with the aid of non-linear dynamic analyses via representative numerical examples, involving plane steel EBFs and BRBFs.
This paper proposes probabilistic models for estimating the seismic demands on reinforced concrete (RC) bridges with base isolation. The models consider the shear and deformation demands on the bridge columns and the deformation demand on the isolation devices. An experimental design is used to generate a population of bridges based on the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (AASHTO 2007) and the Caltrans' Seismic Design Criteria (Caltrans 1999). Ground motion records are used for time history analysis of each bridge to develop probabilistic models that are practical and are able to account for the uncertainties and biases in the current, common deterministic model. As application of the developed probabilistic models, a simple method is provided to determine the fragility of bridges. This work facilitates the reliability-based design for this type of bridges and contributes to the transition from limit state design to performance-based design.
Aiming to examine different failure patterns in multistory URM walls, two 1/3 scaled three-story and three-bay URM models were designed for the quasi-static loading tests to contrastively investigate the failure processes and characteristics of the multistory URM walls. Two different failure responses were observed with special attention paid to the behavior of spandrel-failure mode. By evaluating the seismic performance and deformation behavior of two test walls, it is demonstrated that spandrels, that haven't been properly designed in some codes, are of great significance in the failure of entire URM walls. Additionally, compared with pier-failure mode, spandrel-failure for multistory URM building is more reasonable and advisable as its effectively participation in energy dissipation and its efficiently improvement on seismic capacity and deformation in the overall structure. Furthermore, the experimental results are beneficial to improve seismic design and optimize reinforcement method of URM buildings.
Recent earthquakes have demonstrated that the tunnels, which were once considered to be highly resistant to earthquakes, are susceptible to substantial damage under severe seismic loading. Among various modes of deformation under an earthquake loading, the response of the tunnel in the transverse direction is known to be the critical mode. This paper investigates the seismic response of the tunnel in the transverse direction using the method of seismic displacement, which is a type of pseudo-static analysis. Firstly, the methods of calculating the ground deformation are compared. It is shown that the single and double cosine may not provide an accurate estimation of the ground deformation, and that a one-dimensional site response analysis needs to be performed for a more reliable evaluation. Secondly, the tunnel responses are calculated using the simplified, analytical, and numerical solutions. It is demonstrated that the simplified method provides poor estimates of the tunnel response ground deformation. The analytical solution is shown to be effective in modeling circular tunnels in uniform ground, but has serious limitation in modeling tunnel response in non-uniform ground. Numerical analyses are shown to be applicable to all cases, and give the most accurate estimates of the tunnel response. It is also demonstrated that the linear solutions can be so conservative that the soil nonlinearity needs to be accounted for more accurate evaluation of the tunnel response.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.5
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pp.41-51
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2010
For safe seismic evaluation and design, it is necessary to predict the plastic deformation demands of members. In the present study, a quick and reasonable method for the evaluation of member plastic deformations of dual systems was developed on the basis of results of elastic analysis, without using nonlinear analysis. Plastic deformations of beams, columns, and walls are functions of member stiffness, story drift ratio, and moment redistribution determined from elastic analysis. For dual systems with rigid connections between walls and beams, an increase in the plastic deformations of beams due to the rocking effect was considered. The proposed method was applied to 8-story dual systems and the predicted plastic deformations were compared with the results of nonlinear analysis. The results showed that the proposed method accurately predicted the member plastic deformations with simple calculations, but that for the accurate evaluation of member plastic deformations, the inelastic story drift ratio must also be predicted with accuracy. The proposed method can be applied to both the performance-based seismic design of new structures and the seismic evaluation of existing structures.
A new SRCF (Steel Reinforced Concrete Frame) external connection method for seismic strengthening of medium-and low-rise reinforced concrete buildings is reported in this paper. The SRCF method, proposed in this study, is capable of carrying out the seismic retrofitting construction while residents can live inside building. The method is one of the strength design approach by retrofit which can easily increase the ultimate lateral load capacity of concrete buildings controlled by shear. The pseudo-dynamic test, designed using a existing school building in Korea, was carried out in order to verify the seismic strengthening effects of the proposed method in terms of the maximum load carrying capacity and deformation. Test results revealed that the proposed SRCF strengthening method installed in RC frame enhanced conspicuously the strength and deformation capacities, and the method can resist markedly under the large scaled earthquake intensity level.
In this study, nonlinear dynamic response of a concrete plate retrofit with Aluminium oxide ($Al_2O_3$) under seismic load and magnetic field is investigated. The plate is a composite reinforced by Aluminium oxide with characteristics of the equivalent composite being determined using Mori-Tanka model considering agglomeration effect. The plate is simulated with higher order shear deformation plate model. Employing nonlinear strains-displacements, stress-strain, the energy equations of column was obtained and using Hamilton's principal, the governing equations were derived. Differential quadrature method (DQM) in conjunction with Newark method is applied for obtaining the dynamic response of structure. The influences of magnetic field, volume percent of nanoparticles, geometrical parameters of column, agglomeration and boundary conditions on the dynamic response were investigated. Results showed that with increasing volume percent of nanoparticles, the dynamic deflection decreases.
Ali Ihsan Celik;Mehmet Metin Kose;Ahmet Celal Apay
Earthquakes and Structures
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v.27
no.2
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pp.97-111
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2024
In this paper, buckling conditions and retrofitting of cylindrical steel water storage tanks with different roof types and wall thicknesses were investigated by using finite element method. Four roof types of cylindrical steel tanks which are open-top, flat-closed, conical-closed and torispherical-closed and three wall thicknesses of 4, 6 and 8 mm were considered in FE modeling of cylindrical steel tanks. The roof shapes significantly affect load distribution on the tank shell under the seismic action. Composite FRP materials are widely used for winding thin-walled cylindrical steel structures. The retrofitting efficiency of cylindrical steel water tank is tested under the seismic loading with the externally bonded CFRP laminates. In retrofitting of cylindrical steel tank, the CFRP composite material coating method was used to improve of seismic performance of cylindrical steel tanks. ANSYS software was used to analyze the cylindrical steel tanks and maximum equivalent (von-Mises) and directional deformation were obtained. Equivalent (von-Mises) stresses significantly decreased due to the coating of the tank shell with FRP composite material. In thin-walled steel structures, excessive stress causes buckling and deformations. Therefore, retrofitting led to decrease in stress, reductions in directional and buckling deformation of the open-top, flat-closed, conical-closed and torispherical-closed tanks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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