Earthquake induced hysteretic energy demand for a structure can be used as a limiting value of a certain performance level in seismic design of structures. In cases where it is larger than the hysteretic energy dissipation capacity of the structure, failure will occur. To be able to select the limiting value of hysteretic energy for a particular earthquake hazard level, it is required to define the variation of hysteretic energy in terms of probabilistic terms. This study focuses on the probabilistic evaluation of earthquake induced worst failure probability and approximate confidence intervals for inelastic single-degree-of-freedom (SDOF) systems with a typical steel moment connection based on hysteretic energy. For this purpose, hysteretic energy demand is predicted for a set of SDOF systems subject to an ensemble of moderate and severe EQGMs, while the hysteretic energy dissipation capacity is evaluated through the previously published cyclic test data on full-scale steel beam-to-column connections. The failure probability corresponding to the worst possible case is determined based on the hysteretic energy demand and dissipation capacity. The results show that as the capacity to demand ratio increases, the failure probability decreases dramatically. If this ratio is too small, then the failure is inevitable.
Akbar, Junaid;Ahmad, Naveed;Alam, Bashir;Ashraf, Muhammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.1
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pp.1-8
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2018
Shake table tests performed on five 1:3 reduced scale two story RC moment resisting frames having construction defects, have shown severe joint damageability in deficient RC frames, resulting in joint panels' cover spalling and core concrete crushing. Haunch retrofitting technique was adopted herein to upgrade the seismic resistance of the deficient RC frames. Additional four deficient RC frames were built and retrofitted with steel haunch; both axially stiffer and deformable with energy dissipation, fixed to the beam-column connections to reduce shear demand on joint panels. The as-built and retrofitted frames' seismic response parameters are calculated and compared to evaluate the viability of haunch retrofitting technique. The haunch retrofitting technique increased the lateral stiffness and strength of the structure, resulting in the increase of structure's overstrength. The retrofitting increased response modification factor R by 60% to 100%. Further, the input excitation PGA was correlated with the lateral roof displacement to derive structure response curve that have shown significant resistance of retrofitted models against input excitations. The technique can significantly enhance the seismic performance of deficient RC frames, particularly against the frequent and rare earthquake events, hence, promising for seismic risk mitigation.
In The Great Hanshin-Awaji Earthquake, the general yield brittle fractures were observed in beam-column connections of steel building frames. Among many influencing factors which affect the general yield brittle fracture, it can be considered that fracture toughness has substantial effects. Some studies are making clear the required toughness for the base metal and the weld metal, but general values are not proposed. Moreover, it seems that it is also important to pay attention to the toughness decrease in the weld heat affected zone (weld HAZ), because the toughness decrease occurs in the HAZs of mild steel. In this paper, the relationship between toughness of simulated HAZs of "the rolled steels for building structures (SN)" and the weld heat-input limit of the SN steel are investigated, in an attempt to provide the required toughness for HAZs. The relationships between the increase of the hardness value and toughness, and changes of microstructure after weld heat-input are also discussed. The main results are summarized as follows. 1) The SN400B can keep its toughness at higher heat-inputs compare to the SN490Bs. 2) The steel grade, which becomes harder than other steel grades at the same heat-input, has smaller absorbed energy and smaller limit of heat-input. 3) The weld heat-input limit of the SN400B and the SN490B are proposed separately for some required toughness values.
Choi, Sung Mo;Jung, Do Sub;Kim, Dae Joong;Kim, Jin Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.4
s.77
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pp.419-429
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2005
The objective of this study is to clarify the structural features of members consisting of a connection, as part of the previous study on the CFT column-to-beam tensile connection with a combined cross diaphragm. This connection has the following merits: it evenly distributes the stress on the beam flange and the diaphragm and reduces the stress concentration by improving the stress transfer route and restraining the abrupt deformation of the diaphragm. Finite element analysis was performed to find out the stress transfer through the sleeve, which is an important member of the connection with a combined cross diaphragm. The length and thickness of the sleeve were used as variables for the analysis. The analysis results showed that the length and thickness of the sleeve did not influence the capacity of the connection and played the role of a medium for the transfer of the stress from the diaphragm to the filled concrete. It was proposed that the appropriate length of the sleeve have the same value as the diameter of the sleeve and that the appropriate ratio of the sleeve diameter to the sleeve thickness be 20. Two equations for the evaluation of the load carrying the capacity of the connection were also proposed through the modification of the evaluation equation suggested in the previous study.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.2
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pp.123-133
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2006
The main objective of this study is to develop an optimization algorithm of framed structures with rigid and various semi-rigid connections using the multilevel dynamic programming and the sequential unconstrained minimization techniques (SUMT). The second-order elastic analysis is performed for steel framed structures. The second order elastic analysis is developed based on nonlinear beam-column theory considering the bowing effect. The following semi-rigid connections are considered; double web angle, top-seat angle and top-seat angle with web angle. We considered the three connection models, such as modified exponential, polynomial and three parameter model. The total weight of the structural steel is used as the objective function in the optimization process. The dimensions of steel cross section are selected as the design variables. The design constraints consist of strength requirements for axial, shear and flexural resistance and serviceability requirements.
Zheng Tan;Wei-hui Zhong;Bao Meng;Li-min Tian;Yao Gao;Yu-hui Zheng;Hong-Chen Wang
Steel and Composite Structures
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v.50
no.1
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pp.107-122
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2024
Following an internal column failure, adjacent double-span beams above the failed column will play a critical role in the load transfer and internal force redistribution within the remaining structure, and the span-to-depth ratios of double-span beams significantly influence the structural resistance capacity against progressive collapse. Most existing studies have focused on the collapse-resistant performances of single-story symmetric structures, whereas limited published works are available on the collapse resistances of multi-story steel frames with unequal spans. To this end, in this study, numerical models based on shell elements were employed to investigate the structural behavior of multi-story steel frames with unequal spans. The simulation models were validated using the previous experimental results obtained for single- and two-story steel frames, and the load-displacement responses and internal force development of unequal-span three-story steel frames under three cases were comprehensively analyzed. In addition, the specific contributions of the different mechanism resistances of unequal-span, double-span beams of each story were separated quantitatively using the energy equilibrium theory, with an aim to gain a deeper level of understanding of the load-resistance mechanisms in the unequal-span steel frames. The results showed that the axial and flexural mechanism resistances were determined by the span ratio and linear stiffness ratio of double-span beams, respectively.
Consideration of the panel zone (PZ) deformations in the analysis of steel moment frames (SMFs) has a substantial effect on structural response. One way to include the PZ effect on the structural response is Krawinkler's PZ model, which is one of the best and conventional models. However, modeling of Krawinkler's PZ model has its complexity, and finding an alternative procedure for PZ modeling is of interest. In this study, an efficient model is proposed to simplify Krawinkler's PZ model into an Adjusted Rigid-End Zone (AREZ). In this way, the rigid-end-zone dimensions of the beam and column elements are defined through an appropriate rigid-end-zone factor. The dimensions of this region depend on the PZ stiffness, beam(s) and columns' specifications, and connection joint configuration. Thus, to obtain a relationship for the AREZ model, which yields the dimensions of the rigid-end zone, the story drift of an SMF with Krawinkler's PZ model is equalized with the story drift of the same structure with the AREZ model. Then, the degree of accuracy of the resulting relationship is examined in several connections of generic SMFs. Also, in order to demonstrate the applicability of the proposed model in SMFs, several SMFs ranging from 3- to 30-story representing low- to high-rise buildings are examined through linear static and dynamic time history analysis. Furthermore, non-linear dynamic analyses of three SMFs conducted to validate the degree of accuracy of the proposed model in the non-linear analysis of SMFs. Analytical results show that there is considerable conformity between inter-story drift ratio (IDR) results of the SMFs with Krawinkler's PZ model and those of the centerline SMFs with AREZ.
The nonlinear behavior of a connection has an influence on the behavior (the $P-\Delta$ effect) and the stability of a steel unbraced frame when a semi-rigid connection is applied as a beam-to-column connection. Therefore, the effects of a connection's non-linear behavior on the behavior and stability of a steel unbraced frame were investigated using second-order inelastic analysis, after which the main influence factors and their behavioral tendencies were studied. The study results showed that the nonlinear behavior of a connection directly affects the stability of a steel unbraced frame, and that the main influence factors are the rotational stiffness of the connection and the location of a semi-rigid connection.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.6
no.1
s.20
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pp.9-16
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2006
The moment resisting frame has been well-known as it had very excellent seismic performance, and it has been widely used and constructed in the design of a lot of buildings. However, the moment resisting frame system did not exert the seismic performance during the earthquake in Northridge and Kobe sufficiently, and it produced the crack or brittle fracture on the joint. this study was to ]m tests with the full-scale test subject as parameters of existence of H-beam web high tensile bolt shearing joint and reinforcement of H-flange rib. This researcher was to anticipate the decrease of number of high tensile bolts and the improvement of workability through the double shear joint by the experiment, and improve the seismic performance through the reinforcement of rib plate. In addition, this study was to prevent the brittle fracture by the stress concentration through the non scallop.
For the purpose of effective utilization of domestic second-grown larch as structural members, post and beam construction applying traditional construction to Japanese larch glulam members was adopted with processing by machine pre-cut method. In general, horizontal shear test by KS F 2154 is conducted to assess the horizontal shear properties of the wooden structure by post and beam construction. The frame was consisted of post and beam member with appropriate fasteners, and members have their own processed parts (notch, hole, etc.) that can be well-connected each other. The shear wall was consisted of the frame with screw-nail sheathed panel (OSB). The results of horizontal shear loading tests without vertical loads conducted on the frame and the shear wall structures, the maximum strengths were about 1.9 kN/m and about 9.7 kN/m, the shear rigidities were about 167 kN/rad, 8198 kN/rad, respectively. The strength proportion of the frame specimen was about 20% of the wall's and about 2% in initial stiffness. Nail failures are remarkable on the shear wall specimen with punching shears and shear failures. The shear load factor for the shear wall specimen by the method of Architectural Institute of Japan was 1.5, which was obtained by the bi-linear method. Loading method should be considered to obtain smooth load-deformation relationship. For the better shear performance of the structures, column base and post and beam connections and sheathed panel should be further examined as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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