The study presented experimental and numerical investigation on the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) L-shaped column- reinforced concrete (RC) beam joints. Various parameters described as steel configuration form, axial compressive ratio, loading angle, and the existence of slab were examined through 4 planar joints and 7 spatial joints. The characteristics of the load-displacement response included the bearing capacity, ductility, story drift ratio, energy-dissipating capacity, and stiffness degradation were analyzed. The results showed that shear failure and flexural failure in the beam tip were observed for planar joints and spatial joint, respectively. And RC joint with slab failed with the plastic hinge in the slab and bottom of the beam. The results indicated that hysteretic curves of spatial joints with solid-web steel were plumper than those with hollow-web specimens. The capacity of planar joints was higher than that of space joints, while the opposite was true for energy-dissipation capacity and ductility. The high compression ratio contributed to the increase in capacity and initial stiffness of the joint. The elastic and elastic-plastic story deformation capacity of L-shaped column frame joints satisfied the code requirement. A design formula of joint shear resistance based on the superposition theory and equilibrium plasticity truss model was proposed for engineering application.
Recently, steel-timber hybrid buildings have become prevalent worldwide because several advantages of both steel and timber structures are maintained in the hybrid system. In Taiwan, seismic design specification related to steel-timber hybrid buildings remains void. In this study, the ductility capacity of steel-timber hybrid buildings in Taiwanese seismic design specification is first proposed and evaluated using nonlinear incremental dynamic analysis (IDA). Three non-linear structural models, 12-story, 8-story, and 6-story steel-timer hybrid buildings were constructed using OpenSees. In each model, Douglas-fir was adopted to assemble the upper 4 stories as a timber structure while a conventional steel moment-resisting frame was designated in the lower part of the model. FEMA P-695 methodology was employed to perform IDAs considering 44 earthquakes to assess if the ductility capacity of steel-timber hybrid building is appropriate. The analytical results indicate that the current ductility capacity of steel moment-resisting frames can be directly applied to steel-timber hybrid buildings if the drift ratio of each story under the seismic design force for buildings in Taiwan is less than 0.3%. As a result, engineers are able to design a steel-timber hybrid building straightforwardly by following current design specification. Otherwise, the ductility capacity of steel-timber hybrid buildings must be modified which depends on further studies in the future.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.59-69
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2022
The use of dampers is being considered a means to improve the seismic performance of buildings. It may take considerable time and effort to find an optimal design solution since repeated three-dimensional nonlinear time history analyses are required. Therefore, a preliminary design procedure for seismic retrofit using hysteretic dampers was proposed in this study. In the proposed procedure, the amount of retrofit (required number of dampers) is estimated from the capacity curve of the building before retrofit and allowable story drift of the building. In combining the capacity curves of the building and the dampers, the deformation demand for the dampers can be easily checked against their deformation capacity. The equations to transform the device displacement to roof displacement for the combination of capacity curves are developed. The proposed procedure was applied to the seismic retrofit design of sample buildings. The study found that the estimated capacity curve was very close to the actual capacity curve obtained from the pushover analysis, which can determine an appropriate configuration to meet the required seismic performance.
The maximum ductility and cumulative ductility of connection joints of Buckling-Restrained Braced Frames (BRBF) are critical to the structural overall performance, which should be matched with the BRB ductility. The two-story and one-span BRBF with a one-third scale was tested under cyclic quasi-static loading, and the top-flange beam splice (TFBS) rotational connections were proposed and adopted in BRBF. The deformation capacity of TFBS connections was observed during the test, and the relationship between structural global ductility and local connection ductility was studied. The rotational capacity of the beam-column connections and the stability performance of the BRBs are highly relevant to the structural overall performance. The hysteretic curves of BRBF are stable and full under large displacement demand imposed up to 2% story drift, and energy is dissipated as the large plastic deformation developed in the structural components. The BRBs acted as fuses and yielded first, and the cumulative plastic ductility (CPD) of BRBs is 972.6 of the second floor and 439.7 of the first floor, indicating the excellent energy dissipation capacity of BRBs. Structural members with good local ductility ensure the large global ductility of BRBF. The ductile capacity and hysteretic behavior of BRBF with TFBS connections were compared with those of BRBF with Reduced Beam Section (RBS) connections in terms of the experimental results.
Lor, Hossein Akbari;Izadinia, Mohsen;Memarzadeh, Parham
Steel and Composite Structures
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v.32
no.1
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pp.79-90
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2019
This study introduces new connections that connect the beam to the column with slit dampers. Plastic deformations and damages concentrate on slit dampers. The slit dampers prevent plastic damages of column, beam, welds and panel zone and act as fuses. The slit dampers were prepared with IPE profiles that had some holes in the webs. In this paper, two experimental specimens were made. In first specimen (SDC1), just one slit damper connected the beam to the column and one IPE profile with no holes connected the bottom flange of the beam to the column. The second specimen (SDC2) had two similar dampers which connected the top and bottom flange of the beam to the column. Cyclic loading was applied on Specimens. The cyclic displacements conditions continued until 0.06 radian rotation of connection. The experimental observations showed that the bending moment of specimen SDC2 increased until 0.04 story drift. In specimen SDC1, the bending moment decreases after 0.03 story drift. Test results indicate the high performance of the proposed connection. Based on the results, the specimen with two slit damper (SDC2) has higher seismic performance and dissipates more energy in loading process than specimen SDC1. Theoretical formulas were extended for the proposed connections. Numerical studies have been done by ABAQUS software. The theoretical and numerical results had good agreements with the experimental data. Based on the experimental and numerical investigations, the high ductility of connection is obtained from plastic damages of slit dampers. The most flexural moment of specimen SDC1 occurred at 3% story drift and this value was 1.4 times the plastic moment of the beam section. This parameter for SDC2 was 1.73 times the plastic moment of the beam section and occurred at 4% story drift. The dissipated energy ratio of SDC2 to SDC1 is equal to 1.51.
Mansouri, Iman;Soori, Sanaz;Amraie, Hamed;Hu, Jong Wan;Shahbazi, Shahrokh
Steel and Composite Structures
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v.27
no.5
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pp.613-622
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2018
The requirement to safe and economical buildings caused to the exploitation of nonlinear capacity structures and optimization of them. This requirement leads to forming seismic design method based on performance. In this study, concentrically braced frames (CBFs) have been optimized at the immediate occupancy (IO) and collapse prevention (CP) levels. Minimizing structural weight is taken as objective function subjected to performance constraints on inter-story drift ratios at various performance levels. In order to evaluate the seismic capacity of the CBFs, pushover analysis is conducted, and the process of optimization has been done by using Bee Algorithm. Results indicate that performance based design caused to have minimum structural weight and due to increase capacity of CBFs.
Han, Sang Whan;Moon, Ki Hoon;Jung, Ji Eun;Lee, Ki Hak
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.19
no.6
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pp.751-760
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2007
The purpose of this study is to evaluate the seismic performance of the frame which is assumed to be used with Welded Unreinforced Flange-Bolted web (WUF-B) connections and detailed in compliance with FEMA 350 recommended seismic design criteria. In FEMA 350, these types of connections are only valid for Ordinary Moment-Resisting Steel Frames (OMRSFs). For this purpose, based on test results, we proposed an analytical model for the Post-Northridge WUF-B connections with different panel zone strength ratios. Using the connection model, SAC Phase II three and nine-story frames were modeled and analyzed. From a nonlinear static pushover analysis, ductility, maximum strength, and the maximum interstory drift ratio were investigated for buildings with Post-Northridge details. Moreover, the maximum interstory drift ratio of each performance level (IO and CP) was also investigated through Incremental Dynamic Analysis (IDA). Analytical results were compared with those of buildings with either Pre-Northridge connection or ductile connections with no fracture. The analytical results showed that buildings with Post-Northridge WUF-B connections provide superior strength and interstory drift ratio capacity than buildings with Pre-Northridge WUF-B connections.
Maddah, Mohammad M.;Eshghi, Sassan;Garakaninezhad, Alireza
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.5
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pp.667-678
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2022
Moment-resisting frames (MRFs) are among the most conventional steel structures for mid-rise buildings in many earthquake-prone cities. Here, a simplified performance-based methodology is proposed for the seismic collapse capacity assessment of these buildings. This method employs a novel multi-mode pushover analysis to determine the engineering demand parameters (EDPs) of the regular steel MRFs up to the collapse prevention (CP) performance level. The modal combination coefficients used in the proposed pushover analysis, are obtained from two metaheuristic optimization algorithms and a fitting procedure. The design variables for the optimization process are the inter-story drift ratio profiles resulting from the multi-mode pushover analyses, and the objective values are the outcomes of the incremental dynamic analysis (IDA). Here, the collapse capacity of the structures is assessed in three to five steps, using a modified IDA procedure. A series of regular mid-rise steel MRFs are selected and analyzed to calculate the modal combination coefficients and to validate the proposed approach. The new methodology is verified against the current existing approaches. This comparison shows that the suggested method more accurately evaluates the EDPs and the collapse capacity of the regular MRFs in a robust and easy to implement way.
Recently, new experimental criteria for reinforced concrete frame structures in high seismic regions have been reported in United States. The objective of the criteria is to get more reliable test data which are valid to compare with other test data done by different researchers. The criteria precribe test method of specimens, analysis method of test data, and limiting values needed to specimens like drift angle, energey dissipation ratio, stiffness, and strength. These criteria might be usefel to get objective conclusion. Shear wall structures, which belong to one of earthquake resisting systems, also need this kind of criteria. But, the general response of shear wall structures is a little bit different from that of frame structures since shear wall restrains the horizontal displacement caused by horizontal force and increases the stiffness and strength. The objective of this paper is to propose a criterion for limiting drift and energy dissipation ratio of shear walls based on structural testing. These are the most important values for presenting the capacity of shear walls. Limiting drift and energy dissipation ratios were examined for tests on shear walls having ductile type failures. Test data were analyzed and compared to the results for a suggested acceptance criteria that involve a limiting drift that is a function of aspect ratio and a limiting energy dissipation ratio that is a function of displacement ductility and damping.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.565-570
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2001
Base shear and roof drift relation was acquired from experiment of 3 story ordinary moment resisting frame which was designed using gravity loads. To evaluate the dynamic behavior of the frame, analytical model was generated from experimental result. Dynamic analysis was performed using the analytical model subjected to earthquake ground motions with 500, 1000, and 2400 years of return period. And capacity spectrum method was adopted to find the performance points of the frame. Both dynamic analysis and CSM showed that the performance of the frame meet the life safety objectives suggested by FEMA 273 and ATC 40.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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