Abouzar Jafari;Meysam Beheshti;Amir Ali Shahmansouri;Habib Akbarzadeh Bengar
Steel and Composite Structures
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v.48
no.4
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pp.367-383
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2023
A coupled wall consists of two or more reinforced concrete (RC) shear walls (SWs) connected by RC coupling beams (CBs) or steel CBs (hybrid-coupled walls). To fill the gap in the literature on the plastic hinge length of coupled walls, including coupled and hybrid-coupled shear walls, a parametric study using experimentally validated numerical models was conducted considering the axial stress ratio (ASR) and coupling ratio (CR) as the study variables. A total of sixty numerical models, including both coupled and hybrid-coupled SWs, have been developed by varying the ASR and CR within the ranges of 0.027-0.25 and 0.2-0.5, respectively. A detailed analysis was conducted in order to estimate the ultimate drift, ultimate capacity, curvature profile, yielding height, and plastic hinge length of the models. Compared to hybrid-coupled SWs, coupled SWs possess a relatively higher capacity and curvature. Moreover, increasing the ASR changes the walls' behavior to a column-like member which decreases the walls' ultimate drift, ductility, curvature, and plastic hinge length. Increasing the CR of the coupled SWs increases the walls' capacity and the risk of abrupt shear failure but decreases the walls' ductility, ultimate drift and plastic hinge length. However, CR has a negligible effect on hybrid-coupled walls' ultimate drift and moment, curvature profile, yielding height and plastic hinge length. Lastly, using the obtained results two equations were derived as a function of CR and ASR for calculating the plastic hinge length of coupled and hybrid-coupled SWs.
This study investigates the static and dynamic structural analysis of symmetrical and asymmetrical coupled shear walls using the continuous and modified transfer matrix methods by idealizing the coupled shear wall as a three-field CTB-type replacement beam. The coupled shear wall is modeled as a continuous structure consisting of the parallel coupling of a Timoshenko beam in tension (with axial extensibility in the shear walls) and a shear beam (replacing the beam coupling effect between the shear walls). The variational method using the Hamilton principle is used to obtain the coupled differential equations and the boundary conditions associated with the model. Using the continuous method, closed-form analytical solutions to the differential equation for the coupled shear wall with uniform properties along the height are derived and a numerical solution using the modified transfer matrix is proposed to overcome the difficulty of coupled shear walls with non-uniform properties along height. The computational advantage of the modified transfer matrix method compared to the classical method is shown. The results of the numerical examples and the parametric analysis show that the proposed analytical and numerical model and method is accurate, reliable and involves reduced processing time for generalized static and dynamic structural analysis of coupled shear walls at a preliminary stage and can used as a verification method in the final stage of the project.
Park, Wan-Shin;Yun, Hyun-Do;Chung, Jae-Yong;Kim, Yong-Chul
Structural Engineering and Mechanics
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v.20
no.6
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pp.695-712
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2005
Hybrid coupled shear walls in tall buildings are known as efficient structural systems to provide lateral resistance to wind and seismic loads. Multiple hybrid coupled shear walls throughout a tall building should be joined to provide additional coupling action to resist overturning moments caused by the lateral loading. This can be done using a coupling beam which connects two shear walls. In this study, experimental studies on the hybrid coupled shear wall were carried out. The main test variables were the ratios of coupling beam strength to connection strength. Finally, this paper provides background for rational design guidelines that include a design model to behave efficiently hybrid coupled shear walls.
An effective design technique for symmetrical coupled shear walls is presented. Proposed formulation including assumptions and steps with mathematical formulation has been elaborated to make the design technique. An example has been considered to validate the technique with the DRAIN-3DX (1993) and SAP V 10.0.5 (2000) nonlinear programs. Parametric study has also been considered to find out the limitations along with remedial action of this technique. On the other hand, nonlinear static analysis is considered to determine the response reduction factor of coupled shear walls. Finally, it has been concluded in this paper that the proposed design technique can be considered to design the coupled shear walls under seismic motion.
Stiffened coupled shear walls (SCSW) are under axial load resulting from their weight and this axial load affects the behavior of walls because of their excessive height. In this paper, based on the continuum approach, the optimal position of the stiffening beam on the stiffened coupled shear walls is investigated considering the effect of uniformly distributed axial loads. Moreover, the effect of the height of stiffened coupled shear walls on the optimal position of the stiffening beam has been studied with and without considering the axial force effect. A computer program has been developed in MATLAB and numerical examples have been solved to demonstrate the reliability of this method. The effects of the various flexural rigidities of the stiffening beam on the internal forces and the lateral deflection of the structure considering axial force effect have also been investigated.
Park, Wan Shin;Yun, Hyun Do;Kim, Sun Woong;Jang, Young Il
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.3
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pp.128-137
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2012
In high multistory buildings, hybrid coupled shear walls can provide an efficient structural system to resist horizontal force due to wind and seismic loads. Hybrid coupled shear walls are usually built over the whole height of the building and are laid out either as a series of walls coupled by steel beams with openings to accommodate doors, elevator walls, windows and corridors. In this paper, the behavior characteristics of hybrid coupled shear wall system considering connection details is examined through results of an experimental research program where 5 two-thirds scale specimens were tested under cyclic loading. Such connections details are typically employed in hybrid coupling wall system consisting of steel coupling beams and reinforced concrete shear wall. The test variables of this study are embedment length of steel coupling beam and wall thickness of concrete shear wall. The results and discussion presented in this paper provide fundamental data for seismic behavior of hybrid coupled shear wall systems.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.275-284
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2017
A formula to estimate the yield displacement observed in the pushover analysis of coupled wall lateral force-resisting systems is presented. The estimate is based on the results of an analytical study of coupled walls ranging from 8 to 20 stories in height, with varied amounts of reinforcement in the reinforced concrete coupling beams and walls, subjected to first-mode pushover analysis. An example illustrates the application of these estimates to the performance-based seismic design of coupled walls.
The free vibration of stiffened and damaged coupled shear walls is investigated using the mixed finite element method. The anisotropic damage model is adopted to describe the damage extent of the reinforced concrete shear wall element. The internal energy of a locally damaged shear wall element is derived. Polynomial shape functions established by Kwan are used to present the component of displacements vector on each point within the wall element. The principle of virtual work is employed to deduce the stiffness matrix of a damaged shear wall element. The stiffened system is reinforced by an additional stiffening beam at some level of the structure. This induces additional axial forces, and thus reduces the bending moments in the walls and the lateral deflection, and increases the natural frequencies. The effects of the damage extent and the stiffening beam on the free vibration characteristics of the structure are studied. The optimal location of the stiffening beam for increasing as far as possible the first natural frequency of vibration is presented.
Park, Yong-Koo;Kim, Hyun-Su;Ko, Hyun;Kim, Min-Gyun;Lee, Dong-Guen
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.1
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pp.47-56
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2011
In general, shear walls are employed as lateral resistance system. Most of shear wall structures require openings in shear walls and thus shear walls are linked by floor slabs or coupling beams resulting in the coupled shear wall structures. In this study, an LRB (lead rubber bearing) was introduced in the middle of the coupling beam of the coupled shear wall structures and the wind-induced response reduction effect of this system was investigated. In order to evaluate the control performance of the proposed method, 20- and 30-story building structures were used as example structures and boundary nonlinear time history analyses have been performed using artificial wind excitation. Japanese vibration evaluation criteria was employed to evaluate whether the proposed system could improve the serviceability of the tall coupled shear wall structures under wind excitation. Based on analytical results, it has been shown that the proposed method that connects shear walls with LRBs can improve the wind-induced response control effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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