Seo, Soo-Yeon;Yoon, Seung-Joe;Lee, Li-Hyung;Kwon, Young-Joon
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.3
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pp.167-175
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2002
In this paper, an analytical model is proposed for analyzing the hysteretic behavior of RC beam with relocated plastic hinge region under load reversals. The plastic hinge is modeled not to be concentrated on a point but to be distributed on a finite size in beam. This is based on the assumption that the plastic hinge is formed over a certain region, in which the curvature varies. Tangential matrix is reformed using stiffness coefficients including variales such as the length and location of plastic hinge region. In order to construct the hysteretic rule of hinge, modified Takeda rule is also proposed on the base of regression analysis for the previous test results. Previous specimens are analyzed using the proposed model and the result is compared with test result. On the result of the comparison, it was shown that the hysteretic behavior of beams with different location of plastic hinge region could be prediced using the proposed analytical process.
Key questions to researchers interested in nonlinear analysis of skeletal structures are whether the distributed plasticity approach - albeit computationally demanding - is more reliable than the concentrated plasticity to adequately capture the extent and severity of the inelastic response, and whether force-based formulation is more efficient than displacement-based formulation without compromising accuracy. The present research focusing on performance-based seismic response of mid-span concrete bridges provides a pilot holistic investigation opting for some hands-on answers. OpenSees software is considered adopting different modeling techniques, viz. distributed plasticity (through either displacement-based or force-based elements) and concentrated plasticity via beam-with-hinges elements. The pros and cons of each are discussed based on nonlinear pushover analysis results, and fragility curves generated for various performance levels relying on incremental dynamic analyses under real earthquake records. Among prime conclusions, distributed plasticity modeling albeit inherently not relying on prior knowledge of plastic hinge length still somewhat depends on such information to ensure accurate results. For instance, displacement-based and force-based approaches secure optimal accuracy when dividing, for the former, the member into sub-elements, and satisfying, for the latter, a distance between any two consecutive integration points, close to the expected plastic hinge length. On the other hand, using beam-with-hinges elements is computationally more efficient relative to the distributed plasticity, yet with acceptable accuracy provided the user has prior reasonable estimate of the anticipated plastic hinge length. Furthermore, when intrusive performance levels (viz. life safety or collapse) are of concern, concentrated plasticity via beam-with-hinges ensures conservative predicted capacity of investigated bridge systems.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.151-158
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2002
In the present design concept, the nonlinear behaviour of bridges is at lowed under large earthquake. The nonlinearity is, however, localized like pier, bearing, etc. Especially, pier columns are most important members for seismic performance. It is, however, difficult to solve the problem how the nonlinearity of columns should be modelled. In this study, the fiber element is used for modelling pier column. The element is a kind of structural elements like frame element, and it can model the distributed plasticity of plastic hinge. A 3 span continous bridge is taken for seismic analysis. First, the nonlinear static analysis the column at fixed support are performed so that the characteristics of column is analyzed. Second, Linear and nonlinear dynamic analysises using simplified model for longitudinal direction are carried out and the results are analyzed.
This paper investigates the effects of confinement reinforcement and concrete strength on nonlinear behaviour of reinforced concrete buildings (RC). For numerical application, an eleven-storey and four bays reinforced concrete frame building is selected. Nonlinear incremental static (pushover) analyses of the building are performed according to various concrete strengths and whether appropriate confinement reinforcement, which defined in Turkish seismic code, exists or not at structural elements. In nonlinear analysis, distributed plastic hinge model is used. As a result of analyses, capacity curves of the frame building and moment-rotation curves at lower end sections of ground floor columns are determined. These results are compared with each other according to concrete strength and whether appropriate confinement reinforcement exists or not, respectively. According to results, it is seen that confinement reinforcement is important factor for increasing of building capacity and decreasing of rotations at structural elements.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.09a
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pp.141-146
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2002
In the present design concept, the nonlinear behavior of bridges is allowed under large earthquake. Therefore, demands for nonlinear analyses of bridges are increased more and more especially in the area of seismic assessment. It is, however, difficult to solve the problem how the nonlinearity of columns should be modelled. In this study, the fiber element Is adopted for model ins pier column. The element is a kind of structural elements like frame element, and it can model the distributed plasticity of plastic hinge. A 3 span continuos bridge is taken for seismic analysis. First, the nonlinear static analysis the column at fixed support are performed so that the characteristics of column is investigated. Second, the nonlinear dynamic analyses of the full bridge model is performed, considering 3 directional earthquake excitations.
In this paper, numerical and experimental assessments have been conducted in order to investigate the capability of using CFRP for the seismic capacity improvement and relocation of plastic hinge in reinforced concrete connections. Two scaled down exterior reinforced concrete beam to column connections have been used. These two connections from a strengthened moment frame have been tested under uniformly distributed load before and after optimization. The results of experimental tests have been used to verify the accuracy of numerical modeling using computational ABAQUS software. Application of FRP plate on the web of the beam in connections to improve its capacity is of interest in this paper. Several parametric studies were carried out for CFRP reinforced samples, with different lengths and thicknesses in order to relocate the plastic hinge away from the face of the column.
This paper presents a method of elastic-plastic analysis for planar steel frames that provides the accuracy of distributed plasticity methods with the computational efficiency that is greater than that of distributed plasticity methods but less than that of plastic-hinge based methods. This method accounts for the effect of spread of plasticity accurately without discretization through the cross-section of a beam-column element, which is achieved by the following procedures. First, nonlinear equations describing the relationships between generalized stresses and strains of the cross-section are derived analytically. Next, nonlinear force-deformation relationships for the beam-column element are obtained through lengthwise integration of the generalized strains. Elastic-plastic flexibility coefficients are then calculated by differentiating the above element force-deformation relationships. Finally, an elastic-plastic stiffness matrix is obtained by making use of the flexibility-stiffness transformation. Adding the conventional geometric stiffness matrix to the elastic-plastic stiffness matrix results in the tangent stiffness matrix, which can readily be used to evaluate the load carrying capacity of steel frames following standard nonlinear analysis procedures. The accuracy of the proposed method is verified by several examples that are sensitive to the effect of spread of plasticity.
Ha, Gee-Joo;Sin, Jong-Hak;Yi, Dong-Ryul;Hong, Kun-Ho
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.5-8
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2008
In this dissertation, experimental research was carried out to study the hysteretic behavior of reinforced high-strength concrete beam-column joints designed by high performance techniques, such as application of high-strength concrete, reducing of joint regions damage, moving of beam plastic hinge, advanced reinforcing detailings and High Ductile Fiber-Reinforced Mortar.(HDFRM) Specimens(HJCI), designed by the development of earthquake-resistant performance, moving of beam plastic hinge, and new design approach, were attained the moving of beam plastic hinge and developed significantly earthquake-resistant performance of such joints. Specimens(HJRP), designed with HDFRM, were indicated more stable hysteresis behavior, high load carrying capacity, and distributed crack pattern of specimens HJRP when compared to the control specimen.
Numerical simulations are prevalently used to evaluate the seismic behaviour of structures. The accuracy of the simulation results depends directly on the accuracy of the modelling techniques employed to simulate the behaviour of individual structural members. An empirical modelling technique is employed in this paper to simulate the behaviour of column members under cyclic and seismic loading. Despite the common modelling techniques, this technique is capable of simulating two important aspects of the cyclic and seismic behaviour of columns simultaneously. The proposed fiber-based modelling technique captures explicitly the interaction between the bending moment and the axial force in columns, and the cyclic deterioration of the hysteretic behaviour of these members is implicitly taken into account. The fiber-based model is calibrated based on the cyclic behaviour of square hollow steel sections. The behaviour of several column archetypes is investigated under a dual cyclic loading protocol to develop a benchmark database before the calibration procedure. The dual loading protocol used in this study consists of both axial and lateral loading cycles with varying amplitudes. After the calibration procedure, a regression analysis is conducted to derive an equation for predicting a varying calibrated modelling parameter. Finally, several nonlinear time-history analyses are conducted on a 6-story steel special moment frame in order to investigate how the results of numerical simulations can be affected by employing the intended modelling technique for columns instead of other common modelling techniques.
In this study, the seismic performance of RC school buildings which were not designed according to earthquake-resistance design code were evaluated by using response spectrum and push-over analyses. The torsional amplification effect due to plan irregularity is considered and then the efficiency of seismic retrofitting methods such as RC shear wall, steel frame, RC frame and PC wing wall was investigated. The analysis result indicate that the inter-story drift concentrated in the first floor and most plastic hinge forms at the column of the first story. Among the retrofitting methods, the PC wing wall has the highest seismic performance in strength and story drift aspect. Especially, it can make building ductile behavior due to the concentrated inter-story drift at the first column hinge is distributed overall stories. The axial force, shear force and moment magnitude of existing elements significantly decreased after retrofitting. However, the axial and shear force of the elements connected to the additional retrofitting elements increased, and especially the boundary columns at the end of the retrofitting shear wall should be reinforced for assuring the enhancement of seismic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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