Park, Jin-Young;Kim, Seo-Yeon;Hong, Suk-Jae;Kim, Hyung-Joon
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.249-257
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2015
The KBC2009 first introduces the requirements about vertical unbalanced forces into the design for steel ordinary concentrically braced frames(steel OCBFs), which forces them to easily meet the target seismic performance, called as the life safety performance objective under design based earthquakes(DBEs) pursuing in the KBC2009. However, there is little information on the effects of vertical unbalanced forces to the collapse prevention performance objective under maximum considered earthquakes(MCEs) which is another target seismic performance level implicitly prescribed in ASCE 7-10. It is valuable that the collapse capacities of steel OCBFs designed according to the KBC2009 are investigated. In this paper, the collapse modes of inverted V shaped steel OCBFs excited by MCEs are investigated. The prototype buildings of 5 story steel OCBFs are designed with different site conditions and three types of unbalanced forces are considered in the design stages. The prototype buildings are evaluated their seismic performances and collapse modes by nonlinear static analyses and nonlinear dynamic analyses. Analysis results show that the unbalanced forces significantly affect the seismic performance of the prototype buildings and proper considerations of unbalanced forces are required to achieve the desirable collapse mode and the collapse prevention performance objective.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.1
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pp.1-9
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2013
In this study of Eccentric Braced Frames have identified the following target eccentricity on the length of the inelastic behavior of the reaction by calculating the correction factor by comparing it to the value suggested by the earthquake provided material for the rational design aims to There are. As a variable-length V-braced frame analysis model stations were set up. Eccentricity faults in the model according to the length stiffness ratio, the maximum amount of energy dissipation were analyzed base shear and multi-layered model of the reaction from the eccentricity correction factor calculated on the length of the building standards proposed by KBC 2009 in response eccentricity correction factor calculated from The length varies. does not have the same response modification factor was confirmed.
According to the capacity design concept underlying current steel seimsic provisions, the braces in concentrically braced frames should dissipate seismic energy through cyclic tension yielding and compression buckling. On the other hand, the beams and the columns in the braced bay should remain elastic for gravity load actions and additional column axial forces resulting from the brace buckling and yielding. However, due to the difficulty in accumulating the yielding and buckling-induced column forces from different stories, empirical and often conservative approaches have been used in design practice. Recently a totally different approach was proposed by Cho, Lee, and Kim (2011) for the prediction of column axial forces in inverted V-braced frames by explicitly considering brace buckling. The idea proposed in their study is extended to X-braced seismic frames which have structural member configurations and load transfer mechanism different from those of inverted V-braced frames. Especially, a more efficient rule is proposed in combining multi-mode effects on the column axial forces by using the modal-mass based weighting factor. The four methods proposed in this study are evaluated based on extensive inelastic dynamic analysis results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.5
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pp.371-380
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2017
The risk-targeted seismic design concept was first included in ASCE/SEI 7-10 to address problems related to the uniform-hazard based seismic concept that has been constructed without explicitly considering probabilistic uncertainties in the collapse capacities of structures. However, this concept is not yet reflected to the current Korean building code(KBC) because of insufficient strong earthquake data occurred at the Korean peninsula and little information on the collapse capacities of structures. This study evaluates the risk-targeted seismic performance of steel ordinary concentrically braced frames(OCBFs). To do this, the collapse capacities of prototype steel OCBFs are assessed with various analysis parameters including building locations, building heights and soil conditions. The seismic hazard curves are developed using an empirical spectral shape prediction model that is capable of reflecting the characteristics of earthquake records. The collapse probabilities of the prototype steel OCBFs located at the Korean major cities are then evaluated using the risk integral concept. As a result, analysis parameters considerably influence the collapse probabilities of steel OCBFs. The collapse probabilities of taller steel OCBFs exceed the target seismic risk of 1 percent in 50 years, which the introduction of the height limitation of steel OCBFs into the future KBC should be considered.
Concentrically braced frames are limited in their ability to absorb energy during an earthquake However by placing the bracing members eccentric to the beam column joints, an energy absorbing link unit is produced. The energy is absorbed by the link and / or columns deforming inelastically. Three models of a multistorey structure were analyzed using DRAIN-2D computer program .Three link lengths were used in the analyses, 7, 11 and 15 inches. The yield patterns are produced. However it is interesting to note the relative valuses of force and moment obtained.
This study explores the lateral deflections of diagonal braces in concentrically-braced earthquake-resisting frames. The performance of this widely-used system is often compromised by the flexural buckling of slender braces in compression. In addition to reducing the compressive resistance, buckling may also cause these members to undergo sizeable lateral deflections which could damage surrounding structural components. Different approaches have been used in the past to predict the mid-length lateral deflections of cyclically loaded steel braces based on their theoretical deformed geometry or by using experimental data. Expressions have been proposed relating the mid-length lateral deflection to the axial displacement ductility of the member. Recent experiments were conducted on hollow and concrete-filled circular hollow section (CHS) braces of different lengths under cyclic loading. Very slender, concrete-filled tubular braces exhibited a highly ductile response, undergoing large axial displacements prior to failure. The presence of concrete infill did not influence the magnitude of lateral deflection in relation to the axial displacement, but did increase the number of cycles endured and the maximum axial displacement achieved. The corresponding lateral deflections exceeded the deflections observed in the majority of the previous experiments that were considered. Consequently, predictive expressions from previous research did not accurately predict the mid-height lateral deflections of these CHS members. Mid-length lateral deflections were found to be influenced by the member non-dimensional slenderness (${\bar{\lambda}}$) and hence a new expression was proposed for the lateral deflection in terms of member slenderness and axial displacement ductility.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.6
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pp.1-12
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2012
The researches related to active control systems utilizing superelastic shape memory alloys (SMA) have been recently conducted to reduce critical damage due to lateral deformation after severe earthquakes. Although Superelastic SMAs undergo considerable inelastic deformation, they can return to original conditions without heat treatment only after stress removal. We can expect the mitigation of residual deformation owing to inherent recentering characteristics when these smart materials are installed at the part where large deformation is likely to occur. Therefore, the primary purpose of this research is to develop concentrically braced frames (CBFs) with superelastic SMA bracing systems and to evaluate the seismic performance of such frame structures. In order to investigate the inter-story drift response of CBF structures, 3- and 6-story buildings were design according to current design specifications, and then nonlinear time-history analyses were performed on numerical 2D frame models. Based on the numerical analysis results, it can be comparatively verified that the CBFs with superelastic SMA bracing systems have more structural advantages in terms of energy dissipation and recentering behavior than those with conventional steel bracing systems.
Failure modes result in fracture or tearing, which may cause deterioration of resistance and reduction of inelastic deformation capacity. The potential failure modes for Special Concentrically Braced Frames (SCBFs) include fracture or tearing of the brace, net section fracture of the brace or gusset plate, fracture of the gusset plate welds, shear fracture of the bolts, block shear, excessive bolt bearing deformation, and buckling of the gusset plate. HSS tubular braces are commonly used in SCBFs, and net section fracture of the tubular brace may also occur through the brace net section at the end of the slot cut into the tube to slip over the gusset plate. This failure mode is categorized as a tension failure mode, and may cause dramatic loss of resistance and brittle behavior. Net section reinforcement is required according to AISC design specifications (AISC 2001). In this paper, the need to reinforce the net section area was discussed. Initially, the results of the net section fracture tests done by the University of California in Berkeley were presented with the modeling of these tests using FE models. To investigate the possibility of net section fracture in an actual frame, the slot end hole model was adapted to the frame FE model, and alternate near-fault histories were applied with tension-dominated cycles, since previous analyses showed that loading history was the most critical factor in net section fracture. The need for this reinforcement (cover plate) and the tension-dominated near-fault history were investigated.
Concentrically braced frames (CBFs) possess high stiffness and strength against lateral loads; however, they suffer from low energy absorption capacity against seismic loads due to the susceptibility of CBF diagonal elements to bucking under compression loading. To address this problem, in this study, an innovative damper was proposed and investigated experimentally and numerically. The proposed damper comprises main plates and includes a flange plate angled at θ and a trapezius-shaped web plate surrounded by the plate at the top and bottom sections. To investigate the damper behaviour, dampers with θ = 0°, 30°, 45°, 60°, and 90° were evaluated with different flange plate thicknesses of 10, 15, 20, 25 and 30 mm. Dampers with θ = 0° and 90° create rectangular-shaped and I-shaped shear links, respectively. The results indicate that the damper with θ = 30° exhibits better performance in terms of ultimate strength, stiffness, overstrength, and distribution stress over the damper as compared to dampers with other angles. The hysteresis curves of the dampers confirm that the proposed damper acts as a ductile fuse. Furthermore, the web and flange plates contribute to the shear resistance, with the flange carrying approximately 80% and 10% of the shear force for dampers with θ = 30° and 90°, respectively. Moreover, dampers that have a larger flange-plate shear strength than the shear strength of the web exhibit behaviours in linear and nonlinear zones. In addition, the over-strength obtained for the damper was greater than 1.5 (proposed by AISC for shear links). Relevant relationships are determined to predict and design the damper and the elements outside it.
Design and detailing requirements of seismic provisions for Concentrically Braced Frames (CBF) were specified based on the premise that bracing members with large KL/r and low b/t have superior seismic performance. However, relatively few tests have been done to investigate the cyclic behavior of CBF. Therefore, the question lies on whether the compression member of CBF plays as significant a role as what has been typically assumed by design providers. In this paper, existing experimental data were reviewed to quantify the extent of hysteretic energy achieved by bracing members in past compression tests as well as the extent of degradation of the compression force given repeated cycling loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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