The compression toe of structural wall is designed to resist the axial compression and shear force caused by wind or earthquake. The performance of shear wall used in tall building is highly influenced by combined shear and axial force. For this reason, it is possible to result in local brittle failure because of concentrated damage in the potential plastic hinge region under severe earthquake. Thus, it is necessary to establish the lateral confinement details at the plastic hinge of shear wall so that shear wall can behave a ductile manner, The objective of this study is to evaluate the seismic performance of L-shaped walls with different confinement details. For this purpose, three wall specimens were tested experimentally and also analyzed using Nonlinear FEM package.
Structural walls have been favored for the design of reinforced concrete buildings in seismic zone areas because they provide an efficient bracing system and offer great potential for lateral load resistance and drift control. Loads on structures due to earthquakes are not unlikely to reach, if not exceed, the design load levels. Hence, structural damage to walls is inevitable, and it is necessary to repair this damaged walls. Yet, information on repair method and data related to the strength and deformation characteristics of repaired walls is limited. In this study, specimens which have their aspect ratios of about 1 to 3 will be repaired. For the repairing the damaged walls, new concrete and new reinforcing bar are replaced with cracked concrete and the buckled reinforcing bar, respectively. The objective of this study is to evaluate the performance of the repaired structural walls in the capacity of strength, stiffness, and maximum deformation comparing with the undamaged walls.
The results of a numerical investigation pertaining to the hysteretic behaviour of concrete filled steel tubular (CFT) column to I-beam connections are discussed in detail. Following the verification of the numerical results against the available experimental tests, the nonlinear finite element (FE) analysis was implemented to evaluate the effects of different parameters including the column axial load, beam lateral support, shape and arrangement of stiffeners, stiffness of T-stiffeners, and the number of shear stiffeners. Pursuing this objective, an external CFT column to beam connection, tested previously, was selected as the case-study. The lateral forces on the structure were simulated, albeit approximately, using an incremental cyclic loading reversal applied at the beam tip. The results were compared in terms of hysteretic load-displacement curves, stress distributions in connection, strength, rotation, and energy dissipation capacity. It was shown that external T-stiffeners combined with internal shear stiffeners play an important role in the hysteretic performance of CFT columns to I-beam connections.
This paper presents an experimental and a numerical investigation of a H-beam - composite box column joint fabricated with two new inner diaphragms and a continuous inner diaphragm. The main objective of the current research project is to investigate the structural performance of the newly developed inner diaphragms under a cyclic loading protocol. Hysteretic behaviour of the composite joints is analysed to investigate the structural performance of the new and continuous inner diaphragms. This paper compares the result of the finite element (FE) models with the new and continuous inner diaphragms against their counterpart experimental results. To produce a design criterion for the newly developed inner diaphragms, yielding or failure area of the inner diaphragms under tensile stress is analysed from the FE results.
본 연구는 횡력저항시스템별로 프로토타입 모델을 선정하고 지진지역과 비정형성에 따른 내진성능 영향력을 검토하였다. 프로토타입 모델은 다이아그리드 시스템과 브레이스튜브 시스템 그리고 아웃리거 시스템을 선정하였다. 또한 각 횡력저항시스템별 평면 비틀림 각도를 $0^{\circ}$, $1^{\circ}$($1.5^{\circ}$), $2^{\circ}$($3^{\circ}$) 씩 변화하여 내진성능을 검토하였다. 지진지역은 강진지역(LA), 약진지역(Boston)을 선정하였다. 선형응답해석은 프로토타입 모델의 풍변위, 고유주기를 검토하였다. Non-Linear Response History(NLRH) 해석에서는 밑면전단력, 층간변위비를 검토하였다. 검토결과 다이아그리드 시스템과 브레이스튜브 시스템 그리고 아웃리거 시스템 모두 평면 비틀림 각도가 증가할수록 건물 전체의 강성이 줄어들었다. 또한 평면 비틀림 각도가 증가할수록 풍변위와 고유주기 결과가 증가하고 건물 전체의 강성이 줄어들어 밑면전단력이 감소하였다. 끝으로, NLRH 해석 결과 강진과 약진지역 모두 Tall Building Initiative(TBI)의 Maximum Considered Earthquake(MCE)수준의 층간변위비 제한값 0.045를 만족하여 허용범위내의 내진성능을 만족하고 있는 것으로 나타났다.
The use of shape memory alloys (SMAs) has been seriously considered in seismic engineering due to their capabilities, such as the ability to tolerate cyclic deformations and dissipate energy. Five 3-D extended end-plate connection models have been created, including one conventional connection and four connections with Nitinol bolts of four different prestress forces. Their cyclic behaviors have been investigated using the finite element method software ANSYS. Subsequently, the moment-rotation responses of the connections have been derived by subjecting them to cyclic loading based on SAC protocol. The results obtained in this research indicate that the conventional connections show residual deformations despite their high ductility and very good energy dissipation; therefore, they cannot be repaired after loading. However, while having good energy dissipation and high ductility, the connections equipped with Nitinol bolts have good recentering capability. Moreover, a connection with the mentioned specifications has been modeled, except that only the external bolts replaced with SMA bolts and assessed for seismic loading. The suggested connection shows high ductility, medium energy dissipation and very good recentering. The main objective of this research is to concentrate the deformations caused by cyclic loading on the connection in order to form super-elastic hinge in the connection by the deformations of the shape memory alloy bolts.
In tile design of base isolation system for building and short-span bridge, shift of the natural period of the structure is main objective. But, most long-span bridges such as a cable-stayed bridges have a number of long-period modes due to their flexibility and small structural damping. thus the design concept of base isolation system for building and short-span brigde may be difficult to use directly to these structures. However, the effectiveness of LRB for cable-stayed bridges is indicated by Ali and Abdel-Ghaffar. In this study, the design procedure and guidelines of LRB for a seismically excited cable-stayed bridge are investigated. The design properties of LRB are chosen that the design index(DI) is minimized or little changed for variation of properties. This result show that the stiffer rubber and bigger lead core size are need to cable-stayed bridges. And the seismic performance of designed LRB is also investigated. The consequences show that the perforamnce of designed LRB is better than that of Naeim-Kelly mettled designning LRB for general building structures. Moreover, the design properties of LRB are researched to several diffrent dominant frequency of earthquake. The results present that the plastic and elastic stiffness of LRB are affected by the dominant frequency of earthquake.
Many piping systems installed in the power plant are directly related to the safety and operation of the plant. Various dampers have been applied to the piping system to reduce the damage caused by earthquakes. In order to reduce the vibration of the piping system, this study developed a steel coil damper (SCD) with a straightforward structure but excellent damping performance. SCD reduces the vibration of the objective structure by hysteretic damping. The new SCD damper can be applied to high-temperature environments since it consists of steel members. The paper introduces a design method for the elastoplastic coil spring, which is the critical element of SCD. The practical applicability of the design procedure was validated by comparing the nonlinear force-displacement curves calculated by design equations with the results obtained from nonlinear finite element analysis and repeated loading test. It was found that the designed SCD's have a damping ratio higher than 25%. In addition, this study performed a set of seismic tests using a shaking table with an existing piping system to verify the vibration control capacity on the piping system by SCD. Test results prove that the SCD can effectively control the displacement vibration of the piping system up to 80%.
Seismic-design procedures for walls require that the confinement in the critical (plastic hinge) regions should extend over a length in the compression zone of the cross section at the wall base where concrete strains in the Ultimate Limit State (ULS) exceed the limit of 0.0035. In a performance-based framework, confinement is linked to required curvature ductility so that the drift demand at the performance point of the structure for the design earthquake may be met. However, performance of flexural walls in the recent earthquakes in Chile (2010) and Christchurch (2011) indicates that the actual compression strains in the critical regions of many structural walls were higher than estimated, being responsible for several of the reported failures by toe crushing. In this study, the method of estimating the confined region and magnitude of compression strain demands in slender walls are revisited. The objective is to account for a newly identified kinematic interaction between the normal strains that arise in the compression zone, and the lumped rotations that occur at the other end of the wall base due to penetration of bar tension yielding into the supporting anchorage. Design charts estimating the amount of yield penetration in terms of the resulting lumped rotation at the wall base are used to quantify the increased demands for compression strain in the critical section. The estimated strain increase may exceed by more than 30% the base value estimated from the existing design expressions, which explains the frequently reported occurrence of toe crushing even in well confined slender walls under high drift demands. Example cases are included in the presentation to illustrate the behavioral parametric trends and implications in seismic design of walls.
본 연구의 목적은 모멘트 접합 골조에서 각형강관 기둥-H 형강 보 접합부의 내진성능평가이다. 각형강관은 H형강에 비해서 효율적이고 많은 장점이 있음에도 불구하고, 아직 접합 디테일의 부족과 경험 부족 등의 이유로 현장에서 적용이 제한적이다. 각형강관을 사용한 기존의 모멘트 접합부는 주로 관통형 다이아프램 형식을 사용하고 있는데 이는 시공과정이 복잡하여 현장에서의 적용을 어렵게 한다. 그러므로 이 연구에서는 각형강관 기둥을 절단하지 않는 접합상세에 대하여 구조성능 및 내진성능을 평가하고자 하였다. 엔드플레이트와 헌치를 이용한 용접접합의 접합상세에 대하여 내력 및 강성, 에너지흡수능력을 비교분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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