With deterioration of the nation's infrastructure comes the growing, need for effective means of rehabilitating structures. Possibly one for the most challenging tasks is to upgrade the overall capacity of concrete structure. Therefore, considerable efforts are still being made to develop new construction materials. Rehabilitation of damaged RC structures occasionally requires the removal and replacement of concrete in the tension zone of the structural members. Typical situation where the tension zone repair is necessary is when the concrete in the tension zone in beams or slabs has spalled off as a result of corrosion in the bottom reinforcing bars or due to extensive fire. The rehabilitation of such conditions normally involves the removal of the concrete beyond the reinforcement bars, cleaning or replacing the tensile bars and reinstatement of concrete to cover the steel bars the original shape and size. This study focused on the flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened by steel strand and carbon fiber sheet in the tension zone. The properties of beams are 15$\times$25 cm rectangular and over a 200cm span. Test parameters in this experimental study were strengthening methods, jacking volume, the number of sheet. We investigated the flexural behavior of simply supported RC beams which are strengthened with the carbon fiber sheet, monotonic loads. Attention is concentrated upon overall bending capacity, deflection, ductility index, failure mode and crack development of repaired and rehabilitated beams.
This study aims to propose a performance-based design method of a novel passive base isolation system, BIO isolation system, which is inspired by an energy dissipation mechanism called 'sacrificial bonds and hidden length'. Fragility functions utilized in this study are derived, indicating the probability that a component, element, or system will be damaged as a function of a single predictive demand parameter. Based on PEER framework methodology for Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE), a systematic design procedure using performance and fragility objectives is presented. Base displacement, superstructure absolute acceleration and story drift ratio are selected as engineering demand parameters. The new design method is then performed on a general two degree-of-freedom (2DOF) structure model and the optimal design under different seismic intensities is obtained through numerical analysis. Seismic performances of the biologically inspired (BIO) isolation system are compared with that of the linear isolation system. To further demonstrate the feasibility and effectiveness of this method, the BIO isolation system of a 4-storey reinforced concrete building is designed and investigated. The newly designed BIO isolators effectively decrease the superstructure responses and base displacement under selected earthquake excitations, showing good seismic performance.
Lakshmanan, N.;Raghuprasad, B.K.;Muthumani, K.;Gopalakrishnan, N.;Basu, D.
Smart Structures and Systems
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제3권1호
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pp.23-49
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2007
Wavelet transforms are the emerging signal-processing tools for damage identification and time-frequency localization. A small perturbation in a static or dynamic displacement profile could be captured using multi-resolution technique of wavelet analysis. The paper presents the wavelet analysis of damaged linear structural elements using DB4 or BIOR6.8 family of wavelets. Starting with a localized reduction of EI at the mid-span of a simply supported beam, damage modeling is done for a typical steel and reinforced concrete beam element. Rotation and curvature mode shapes are found to be the improved indicators of damage and when these are coupled with wavelet analysis, a clear picture of damage singularity emerges. In the steel beam, the damage is modeled as a rotational spring and for an RC section, moment curvature relationship is used to compute the effective EI. Wavelet analysis is performed for these damage models for displacement, rotation and curvature mode shapes as well as static deformation profiles. It is shown that all the damage indicators like displacement, slope and curvature are magnified under higher modes. A localization scheme with arbitrary location of curvature nodes within a pseudo span is developed for steady state dynamic loads, such that curvature response and damages are maximized and the scheme is numerically tested and proved.
It is known that retaining walls were severely damaged as well in the most recent earthquakes having occurred in the countries in the active seismic belts of the world. This damage can be ascribed to the calculation methods used for the designs of retaining walls in the event of their constructions and employment having been accurately carried out. Generally simplified pseudo-static methods are used in the analysis of retaining walls with analytical methods and soil-structure interaction are not considered. In view of these circumstances, in this article by taking soil interaction into consideration, linear and nonlinear behaviours of retaining walls are analyzed with the assistance of LUSAS which is one of the structural analysis programs. This investigations are carried out per LUSAS which employs the finite element method as to the Erzincan (1992) Earthquake North-South component and the obtained findings are compared with the ones obtained from the method suggested in Eurocode-8, which is still effective today, and Mononobe-Okabe method. Not only do the obtained results indicate the distribution and magnitude of soil pressures are depend on the filling soil but on the foundation soil as well and nonlinear effects should be considered in designs of these walls.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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제5권2호
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pp.121-128
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2001
Reinforced concrete frame buildings in regions of low to moderate seismicity are typically designed only for gravity loads with non-seismic detailing provisions of the code. These buildings possess strong beam-weak column, which brings about the brittle structural performance like the column sidesway failure mechanism during the strong lateral load. The objective of this paper is to enhance the column strength and deformation capacity for reconfiguring the structural failure mode by averting a column soft-story collapse and moving to a more ductile beam-sides way mechanism suing new reinforcing materials. Aramid fiber sheet and reinforcing rod-composite materials was used for this purpose. The column was modeled by the 2/3 scale experimental specimen retested. According to the concept of the capacity design, the damaged column was strengthened by the column jacketing using new reinfocing materials such as rod-composite materials. In conclusion, the improvement of the flexural strength is observed and the capacity of the energy dissipation and the ductility is enhanced, too.
An attempt is conducted to explore the relationship between the macroscopic global damage and the local damage of shear-type RC frames. A story damage index, which can be expressed as multi-variate functions of modal parameters, is deduced based on the tridiagonal matrix of the shear-type frame. The global damage model is also originated from structural modal parameters. Due to the connection of modal damage indexes, the relationship between the macroscopic global damage and the local story damage is reasonably established. In order to validate the derivation, a case study is carried out via an 8-story shear-type frame. The sensitivities of modal damage indexes to the location and severity of local story damages are studied. The evolution of the global damage is investigated as well. Results show that the global damage is sensitive to the degree of story damage, but it's not sensitive to its location. As the number of the damaged stories increases, more and more modes will be involved. Meanwhile, the global damage evolution curve changes from the concave shape to the S-type and then finally transforms into the convex shape. Through the proposed story damage, modal damage and global damage model, a multi-level damage assessment method is established.
Naghipour, Morteza;Niak, Kia Moghaddas;Shariati, Mahdi;Toghroli, Ali
Steel and Composite Structures
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제35권2호
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pp.279-294
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2020
Foundation of a building is damaged under service loads during construction. First visit shows that the foundation has been punched at the 6 column's foot region led to building rotation. Foundation shear punching occurring has made some stresses and deflections in construction. In this study, progressing of damage caused by foundation shear punching and inverse loading in order to resolve the building rotation has been evaluated in the foundation and frame of building by finite element modeling in ABAQUS software. The stress values of bars in punched regions of foundation has been deeply exceeded from steel yielding strength and experienced large displacement based on software's results. On the other hand, the values of created stresses in the frame are not too big to make serious damage. In the beams and columns of ground floor, some partial cracks has been occurred and in other floors, the values of stresses are in the elastic zone of materials. Finally, by inverse loading to the frame, the horizontal displacement of floors has been resolved and the values of stresses in frame has been significantly reduced.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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제23권1호
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pp.9-18
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2019
In 2017 Pohang Earthquake, a number of residential buildings with pilotis at their first level were severely damaged. In this study, the results of an analytical investigation on the seismic performance and structural damage of two bearing wall buildings with pilotis are presented. The vibration mode and lateral force-resisting mechanism of the buildings with vertical and plan irregularity were investigated through elastic analysis. Then, based on the investigations, methods of nonlinear modeling for walls and columns at the piloti level were proposed. By performing nonlinear static and dynamic analyses, structural damages of the walls and columns at the piloti level under 2017 Pohang Earthquake were predicted. The results show that the area and arrangement of walls in the piloti level significantly affected the seismic safety of the buildings. Initially, the lateral resistance of the piloti story was dominated mainly by the walls resisting in-plane shear. After shear cracking and yielding of the walls, the columns showing double-curvature flexural behavior contributed significantly to the residual strength and ductility.
Jiao, Chiyu;Li, Jianzhong;Wei, Biao;Long, Peiheng;Xu, Yan
Earthquakes and Structures
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제17권5호
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pp.435-445
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2019
The collapses of curved bridges are mainly caused by the damaged columns, subjected to the combined loadings of axial load, shear force, flexural moment and torsional moment, under earthquakes. However, these combined loadings have not been fully investigated. This paper firstly investigated the mechanical characteristics of the bending-torsion coupling effects, based on the seismic response spectrum analysis of 24 curved bridge models. And then 9 reinforced concrete (RC) and circular column specimens were tested, by changing the bending-tortion ratio (M/T), axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratio, respectively. The results show that the bending-torsion coupling effects of piers are more significant, along with the decrease of girder curvature and the increase of pier height. The M/T ratio ranges from 6 to 15 for common cases, and influences the crack distribution, plastic zone and hysteretic curve of piers. And these seismic characteristics are also influenced by the compression ratio, longitudinal reinforcement ratio and spiral reinforcement ratios of piers.
De Leon-Escobedo, David;Garcia-Manjarrez, Jose Luis
Earthquakes and Structures
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제21권5호
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pp.505-514
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2021
A formulation based on structural reliability and cost effectiveness is proposed to provide recommendations to select the best retrofit strategy for schools with reinforced concrete frames and masonry walls, among three proposed alternatives. The cost calculation includes the retrofit cost and the expected costs of failure consequences. Also, the uncertainty of the seismic hazard is considered for each school site. The formulation identifies the potential failure modes, among shear and bending forces for beams, and flexure-compression forces for columns, for each school, and the seismic damages suffered by the schools after the earthquake of September 17, 2017 are taken into account to calibrate the damaged conditions per school. The school safety level is measured through its global failure probability, instead of only the local failure probability. The proposed retrofit alternatives are appraised in terms of the cost/benefit balance under future earthquakes, for the respective site seismic hazard, as opposed to the current practice of just restoring the structure original resistance. The best retrofit is the one that corresponds to the minimum value of the expected life cycle cost. The study, with further developments, may be used to develop general recommendations to retrofit schools located at seismic zones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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