System identification is regarded as the most basic technique for structural health monitoring to evaluate structural integrity. Although many system identification techniques extracting mode information (e.g., mode frequency and mode shape) have been proposed so far, it is also desired to identify physical parameters (e.g., stiffness and damping). As for high-rise buildings subjected to long-period ground motions, system identification for evaluating only the shear stiffness based on a shear model does not seem to be an appropriate solution to the system identification problem due to the influence of overall bending response. In this paper, a system identification algorithm using a shear-bending model developed in the previous paper is revised to identify both shear and bending stiffnesses. In this algorithm, an ARX (Auto-Regressive eXogenous) model corresponding to the transfer function for interstory accelerations is applied for identifying physical parameters. For the experimental verification of the proposed system identification framework, vibration tests for a 3-story steel mini-structure are conducted. The test structure is specifically designed to measure horizontal accelerations including both shear and bending responses. In order to obtain reliable results, system identification theories for two different inputs are investigated; (a) base input motion by a modal shaker, (b) unknown forced input on the top floor.
Behavior of RC beam-column joint is very complex as the composite material behaves differently in elastic and inelastic range. The approaches generally used for predicting joint shear strength are either based on theoretical, strut-and-tie or empirical methods. These approaches are incapable of predicting the accurate response of the joint for entire range of loading. In the present study a new generalized RC beam-column joint shear strength model based on hybrid approach i.e. combined strut-and-tie and empirical approach has been proposed. The contribution of governing parameters affecting the joint shear strength under compression has been derived from compressive strut approach whereas; the governing parameters active under tension has been extracted from empirical approach. The proposed model is applicable for various conditions such as, joints reinforced either with or without shear reinforcement, joints with wide beam or wide column, joints with transverse beams and slab, joints reinforced with X-bars, different anchorage of beam bar, and column subjected to various axial loading conditions. The joint shear strength prediction of the proposed model has been compared with 435 experimental results and with eleven popular models from literature. In comparison to other eleven models the prediction of the proposed model is found closest to the experimental results. Moreover, from statistical analysis of the results, the proposed model has the least coefficient of variation. The proposed model is simple in application and can be effectively used by designers.
Kim, Tai-Young;Kim, Sang-Seup;Kim, Young-Ho;Cheong, Hoe-Yong;Kim, Kyu-Suk
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.3
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pp.261-269
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2003
The length of the links in an eccentrically braced frame will dictate the behavior of the frame. Link length controls the yielding mechanism and the ultimate failure mode. For short links, the links' shear forces reach the plastic shear capacity before the end moments reach the plastic moment capacity, and the links yields in the shear, forming a shear hinges. These links are termed "shear links." For long links, the end moments reach the plastic moment capacity before the links' shear forces reach the plastic shear capacity, forming moment hinges. These links are termed moment links." In long links, flexural yielding dominates the response, and very high bending strains are required at the link ends to produce large link deformations. In a shear links, the shear force is constant along the length of the links, and the inelastic shear strain are is uniformly distributed over the length of the links. This permits the development of large inelastic link deformations without the development of excessively high local strains. However, The use of eccentrically braced steel frames for the purpose of architectural cionsiderations such as openings and doors, areis dictating the use of longer links, though. Little data areis available on the behavior of long links under cyclic loading conditions. In This paper documents the results of an experimental program is that was conducted to assess the response of moment links in eccentrically braced frames. Sixteen specimens awere tested using a cyclic load.
Byeonguk Ahn;Fahimeh Yavartanoo;Jang-Keun Yoon;Su-Min Kang;Seungjun Kim;Thomas H.-K. Kang
Computers and Concrete
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v.31
no.4
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pp.337-348
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2023
Shear wall is commonly used as a lateral force resisting system of concrete mid-rise and high-rise buildings, but it brings challenges in providing relatively large space throughout the building height. For this reason, the structure system where the upper structure with bearing, non-bearing and/or shear walls that sits on top of a transfer plate system supported by widely spaced columns at the lower stories is preferred in some regions, particularly in low to moderate seismic regions in Asia. A thick reinforced concrete (RC) plate has often been used as a transfer system, along with RC transfer girders; however, the RC plate becomes very thick for tall buildings. Applying the post-tensioning (PT) technique to RC plates can effectively reduce the thickness and reinforcement as an economical design method. Currently, a simplified model is used for numerical modeling of PT transfer plate, which does not consider the interaction of the plate and the upper structure. To observe the actual behavior of PT transfer plate under seismic loads, it is necessary to model whole parts of the structure and tendons to precisely include the interaction and the secondary effect of PT tendons in the results. This research evaluated the seismic behavior of shear wall-type residential buildings with PT transfer plates for the condition that PT tendons are included or excluded in the modeling. Three-dimensional finite element models were developed, which includes prestressing tendon elements, and response spectrum analyses were carried out to evaluate seismic forces. Two buildings with flat-shape and L-shape plans were considered, and design forces of shear walls and transfer columns for a system with and without PT tendons were compared. The results showed that, in some cases, excluding PT tendons from the model leads to an unrealistic estimation of the demands for shear walls sit on transfer plate and transfer columns due to excluding the secondary effect of PT tendons. Based on the results, generally, the secondary effect reduces shear force demand and axial-flexural demands of transfer columns but increases the shear force demand of shear walls. The results of this study suggested that, in addition to the effect of PT on the resistance of transfer plate, it is necessary to include PT tendons in the modeling to consider its effect on force demand.
In this work, the buckling analysis of material sandwich plates based on a two-parameter elastic foundation under various boundary conditions is investigated on the basis of a new theory of refined trigonometric shear deformation. This theory includes indeterminate integral variables and contains only four unknowns in which any shear correction factor not used, with even less than the conventional theory of first shear strain (FSDT). Applying the principle of virtual displacements, the governing equations and boundary conditions are obtained. To solve the buckling problem for different boundary conditions, Galerkin's approach is utilized for symmetric EGM sandwich plates with six different boundary conditions. A detailed numerical study is carried out to examine the influence of plate aspect ratio, elastic foundation coefficients, ratio, side-to-thickness ratio and boundary conditions on the buckling response of FGM sandwich plates. A good agreement between the results obtained and the available solutions of existing shear deformation theories that have a greater number of unknowns proves to demonstrate the precision of the proposed theory.
When the shear force governs the response of an RC element, as in the case of a low-rise shear wall, the effect of shear on the element's response is thought to be responsible for the 'pinching effect' in the hysteretic loops. However, it was recently shown that this undesirable pinching effect can be eliminated in the hysteretic load-deformation curves of a shear-dominant element if the steel grid orientation is properly aligned in the direction of the applied principal stresses. In this paper, the presence and absence of the pinching mechanism in the hysteretic loops of the shear stress-strain curves of RC elements was explained rationally using a compatibility aided truss model. The analytical results indicate that the pinching effect of the RC elements is strongly related to the direction of the steel arrangement. The area of the energy dissertation does not increase proportionally to the difference between the direction of the principal compressive stress and the direction of the steel arrangement.
Although a number of constitutive models have been proposed to define the behavior of geotechnical materials including elastic, plastic, and dynamic response, flew numerical models have been developed for the cyclic shear behavior of rock joints or interfaces. Such realistic constitutive models play an important role in analyzing and predicting the response of joints under dynamic loads. The purpose of this research is to verify the constitutive model modified for rough granite joints based on Disturbed State Concept(DSC) model, which has been successfully verified with respect to other materials such as dry sand-steel interface and wet sand-concrete interface. Furthermore, DSC model is compared and verified with respect to cyclic shear tests and numerical analysis results based on Plesha model. Based on the results of this research, it can be stated that DSC model is capable of characterizing the cyclic shear behavior of rough granite joints under dynamic loads.
Earthquake can occur anywhere in the world and it is essential to design important members in special structures based on maximum possible forces that can be produced in them under severe earthquake. In addition, since the earthquake is an accidental phenomena and there are no similar earthquakes, therefore the possibility of strong earthquakes should be taken into account in earthquake-resistant design of important structures. Based on this viewpoint, finding the critical acceleration which maximizes internal forces is an essential factor in structural design. This paper proposes critical excitation method to compute the critical acceleration in design of important members in special structures. These critical accelerations are computed so that the columns' internal shear force at the base of the structure at each time step is maximized under constraints on ground motion. Among computed critical accelerations (of each time step), the one which produces maximum internal shear force is selected. A numerical example presents to show the efficiency of critical excitation method in determining the maximum internal shear force and base moment under variety of constraints. The results show that these method can be used to compute the resonant earthquake which have large enough effective duration of earthquake strong motion (between 12.86 sec to 13.38 sec) and produce the internal shear force and base moment for specific column greater than the same value for selected earthquakes in constructing the critical excitation (for different cases about 2.78 to 1.29 times the San Fernando earthquake). Therefore, a group of them can be utilized in developing the response spectrum for design of special structures.
A comprehensive analytic study has been conducted to investigate the instability problems of metal-plate-connected (MPC) joints in light frame trusses. The primary objective in this study is to determine the governing factors that constitute the buckling of the metal connectors and their effects on the structural response of joints. Another objective is to recommend design curves for the daily structural design of these joints. The numeric data presented in this paper has emerged from a broad base that was founded on over 350 advanced computer simulations, and was supported by available experimental results obtained by others. This basic-to-applied research includes practical engineering parameters such as size of gaps, shear lengths, gauge (plate thickness) of connectors, size of un-braced areas, failure modes, and progressive disintegration of joints. Square-end members have been emphasized though the results cover the custom-made fitted joints. The results indicate that chord shears cause and dominate the buckling of MPC joints, and the shear length has a more pronounced effect than the size of gaps. Further, large gauges and small un-braced areas improve the buckling response. Several practical recommendations have been suggested throughout the paper such as keeping the ratio of gap/shear length below 3/4 for improving the buckling strength. The study reveals that multi-area joints should not be simplified as single web-to-chord MPC joints such as keeping the ratio of gap/shear length below 3/4 for improving the buckling strength, even where one web is in tension and the other in compression. Finally, the results obtained from this study favorably agree with experimental data by others, and the classic buckling theories for other structural components.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.3
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pp.111-119
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2021
A shear wall is a structural member designed to effectively resist in-plane lateral forces, such as strong winds and earthquakes. Due to its efficiency and stability, shear walls are often installed in residential buildings and essential facilities such as nuclear power plants. In this research, to predict the results of the shaking table test of the three-story shear wall RC structure hosted by the Korea Atomic Energy Research Institute, three types of numerical modeling techniques are proposed: Preliminary, Calibrated 1, and Calibrated 2 models, in order of improvement. For the proposed models, an earthquake of the 2016 Gyeongju, South Korea (peak ground acceleration of 0.28 g) and its amplified earthquake (peak ground acceleration of 0.50 g) are input. The response spectra of the measuring points are obtained by numerical analysis. Good agreement is observed in the comparisons between the experiment results and the simulation conducted on the finally adopted numerical model, Calibrated 2. In the process of improving the model, this paper investigates the influences of the mode shape, material properties, and boundary conditions on the structure's seismic behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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