Framed masonry wall structures represent a typical high-rise structural system that are also seismically vulnerable. During ground motions, they are excited in both in-plane and out-of-plane terms. The interaction between the frame and the infill during ground motion is a highly investigated phenomenon in the field of seismic engineering. This paper presents a numerical investigation of two distinct static out-of-plane loading methods for framed masonry wall models. The first and most common method is uniformly loaded infill. The load is generally induced by the airbag. The other method is similar to in-plane push-over method, involves loading of the frame directly, not the infill. Consequently, different openings with the same areas and various placements were examined. The numerical model is based on calibrated in-plane bare frame models and on calibrated wall models subjected to OoP bending. Both methods produced widely divergent results in terms of load bearing capabilities, failure modes, damage states etc. Summarily, uniform load on the panel causes more damage to the infill than to the frame; openings do influence structures behavior; three hinged arching action is developed; and greater resistance and deformations are obtained in comparison to the frame loading method. Loading the frame causes the infill to bear significantly greater damage than the infill; infill and openings only influence the behavior after reaching the peak load; infill does not influence initial stiffness; models with opening fail at same inter-storey drift ratio as the bare frame model.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.10a
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pp.304-313
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2000
This study presents the behavior of traditional wood structures of national heritage under earthquake loadings. A series of experimental program for four wood frames was performed to investigate characteristics of initial stiffness, behavior after ultimate loads, and hysteretic behaviors. The frames consisted of columns with a lintel by special joint and a bare frame was infilled by a mud wall. A pushover est was aimed to estimate the range of ultimate rotation of connection as a pilot test for cyclic load tests. One of frames infilled by a mud wall showed a larger stiffness than those of bare frames due to a strut action in the diagonal direction. However, the post yielding stiffness of the infilled frame was not increased.
This research proposed a particle swarm optimization (PSO) based seismic retrofit design of moment frame structures using a steel frame assembly. Two full scale specimens of the steel frame assembly with different corner details were attached to one-story RC frames for seismic retrofit, and the lateral load resisting capacities of the retrofitted frames subjected to cyclic loads were compared with those of a bare RC frame. The open source software framework Opensees was used to develop an analytical model for validating the experimental results. The developed analytical model and the optimization scheme were applied to a case study structure for economic seismic retrofit design, and its seismic performance was assessed before and after the retrofit. The results show that the developed steel frame assembly was effective in increasing seismic load resisting capability of the structure, and the PSO algorithm could be applied as convenient optimization tool for seismic retrofit design of structures.
A set of mid-rise bare and uniformly infilled reinforced-concrete frame buildings are analyzed for two different seismic intensities of ground-motions (i.e., 'Design Basis Earthquake' and 'Maximum Considered Earthquake') to study their floor response. The crucial parameters affecting seismic design force for acceleration-sensitive non-structural components are studied and compared with the guidelines of the European and the United States standards, and also with the recently developed NIST provisions. It is observed that the provisions of both the European and the United States standards do not account for the effects of the period of vibration of the supporting structure and seismic intensity of ground-motions and thereby provides conservative estimates of the in-structure amplification. In case of bare frames, the herein derived component amplification factors for both the design basis earthquake and the maximum considered earthquake exceeds with their recommended values in the European and the United States standards for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration, whereas, in case of infilled frames, component amplification factors exceeds with their recommended value in the European standard for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration, and only for the design basis earthquake. As a consequence of these observations, as well as capping on the design force (in case of United states standard and NIST provisions), in case of the design basis earthquake, the combined amplification factor is underestimated for non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, and also for non-structural components having periods in vicinity of the fundamental mode of vibration of infilled frames. At the maximum considered earthquake demand, excepting non-structural components having periods in vicinity of the higher modes of vibration of bare frames, all provisions generally provide conservative estimates of the design floor accelerations.
Chalioris, Constantin E.;Voutetaki, Maristella E.;Liolios, Angelos A.
Earthquakes and Structures
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v.19
no.1
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pp.29-44
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2020
The effectiveness and the sensitivity of a Wireless impedance/Admittance Monitoring System (WiAMS) for the prompt damage diagnosis of two single-storey single-span Reinforced Concrete (RC) frames under cyclic loading is experimentally investigated. The geometrical and the reinforcement characteristics of the RC structural members of the frames represent typical old RC frame structure without consideration of seismic design criteria. The columns of the frames are vulnerable to shear failure under lateral load due to their low height-to-depth ratio and insufficient transverse reinforcement. The proposed Structural Health Monitoring (SHM) system comprises of specially manufactured autonomous portable devices that acquire the in-situ voltage frequency responses of a network of twenty piezoelectric transducers mounted to the RC frames. Measurements of external and internal small-sized piezoelectric patches are utilized for damage localization and assessment at various and increased damage levels as the magnitude of the imposed lateral cycle deformations increases. A bare RC frame and a strengthened one using a pair of steel crossed tension-ties (X-bracing) have been tested in order to check the sensitivity of the developed WiAMS in different structural conditions since crack propagation, damage locations and failure mode of the examined frames vary. Indeed, the imposed loading caused brittle shear failure to the column of the bare frame and the formation of plastic hinges at the beam ends of the X-braced frame. Test results highlighted the ability of the proposed SHM to identify incipient damages due to concrete cracking and steel yielding since promising early indication of the forthcoming critical failures before any visible sign has been obtained.
In this paper, harmonic responses of infilled multi-storey frames are obtained by using a single variable shear deformation theory (SVSDT) and dynamic stiffness formulations. Two different planar frame models are used which are fully infilled and soft storey. The infill walls are modeled by using equivalent diagonal strut approach. Firstly, free vibration analyses of bare frame and infilled frames are performed. The calculated natural frequencies are tabulated with finite element solution results. Then, harmonic response curves (HRCs) of frame models are plotted for different infill wall thickness values. All of the results are presented comparatively with Timoshenko beam theory results to reveal the effectiveness of SVSDT which considers the parabolic shear stress distribution along the frame member cross-sections.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1999.10a
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pp.403-406
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1999
Although infilled wall considered as a non-structural element, the infilled applied in reinforced concrete frame structural systems represents an important element influencing the behaviour and the stability of a structure under seismic effect. This research is performed an experimental investigation of gravity-load designed single-stroy, single-bay, low-rise nonseismic moment-resisting reinforced concrete frame 2 dimension specimens to evaluate the effect of seismic capacity. For pseudo static test, it was manufactured one half scale specimens of two types (Bare Frame, Infilled Frame) based on typical building. The results of these experiments provided regarding the global as well as the local responses of 1) Crack pattern and failure modes, 2) Stiffness, strength.
This study highlights the accuracy of several single strut models to predict the global response of infilled reinforced concrete (R/C) frames. To this aim, six experimental tests are selected to calibrate the numerical modeling. The width of the diagonal strut is calculated using several macro models from the literature. The mechanical properties of the diagonal strut are determined by using two methods: (a) by subtracting the bare frame response from that of the infilled frame, and (b) by calculating the axial strength in the diagonal direction. A combination between the different width and the axial force models is carried out to study the effects of each parameter on global response. Non-linear pushover analyses are conducted using SAP2000. The results indicate the accuracy of the macro-modeling approach to predict the behavior of the infilled frames.
Earthquake excitations may induce important amount of seismic energy into structures. Current design philosophy mainly deals with the plastic deformations of replaceable energy dissipating devices rather than damages accumulated on structural members. Since earthquake damage is substantially concentrated on these devices they could be replaced after severe earthquakes. In this study, the efficiency of steel cushion (SC) on seismic improvement of a vulnerable reinforced concrete (RC) frame is determined by means of several numerical simulations. The cyclic shear behaviors of SCs were determined by performing quasi-static tests. The test results were the main basis of the theoretical model of SCs which were used in the numerical analysis. These analyses were performed on three types of RC frames namely bare frame (BF), full-braced frame (F-BF) and semi-braced frame (S-BF). According to analysis results; implementation of SCs has considerable effects in reducing the storey shear forces and storey drifts. Moreover plastic energy demands of structural elements were reduced which indicates a significant improvement in seismic behavior of the RC frame preventing damage accumulation on structural elements. Full-braced frame having SCs with the thickness of 25 mm has better performance than semi-braced frame interms of energy dissipation. However, global energy dissipation demand of S-BF and F-BF having SCs with the thickness of 18 mm are almost similar.
The effectiveness of a technique for the repair of reinforced concrete members in combination with a technique for the repair of masonry walls of infilled frames, damaged due to cyclic loading, is experimentally investigated. Three single - story, one - bay, 1/3 - scale frame specimens are tested under cyclic horizontal loading, up to a drift level of 4%. One bare frame and two infilled frames with weak and strong infills, respectively, have been tasted. Specimens have spirals as shear reinforcement. The applied repair technique is mainly based on the use of thin epoxy resin infused under pressure into the crack system of the damaged RC joint bodies, the use of a polymer modified cement mortar with or without a fiberglass reinforcing mesh for the damaged infill masonry walls and the use of CFRP plates to the surfaces of the damaged structural RC members, as external reinforcement. Specimens after repair, were retested in the same way. Conclusions concerning the effectiveness of the applied repair technique, based on maximum cycles load, loading stiffness, and hysteretic energy absorption capabilities of the tested specimens, are drawn and commented upon.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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