Within the context of Structural Health Monitoring (SHM), it is often the case that structural systems are described by uncertainty, both with respect to their parameters and the characteristics of the input loads. For the purposes of system identification, efficient modeling procedures are of the essence for a fast and reliable computation of structural response while taking these uncertainties into account. In this work, a reduced order metamodeling framework is introduced for the challenging case of nonlinear structural systems subjected to earthquake excitation. The introduced metamodeling method is based on Nonlinear AutoRegressive models with eXogenous input (NARX), able to describe nonlinear dynamics, which are moreover characterized by random parameters utilized for the description of the uncertainty propagation. These random parameters, which include characteristics of the input excitation, are expanded onto a suitably defined finite-dimensional Polynomial Chaos (PC) basis and thus the resulting representation is fully described through a small number of deterministic coefficients of projection. The effectiveness of the proposed PC-NARX method is illustrated through its implementation on the metamodeling of a five-storey shear frame model paradigm for response in the region of plasticity, i.e., outside the commonly addressed linear elastic region. The added contribution of the introduced scheme is the ability of the proposed methodology to incorporate uncertainty into the simulation. The results demonstrate the efficiency of the proposed methodology for accurate prediction and simulation of the numerical model dynamics with a vast reduction of the required computational toll.
Reinforced concrete walls and buckling restrained braces are effective structural elements that are used to resist seismic loads. In this paper, the behavior of the reinforced concrete walls coupled with buckling restrained braces is investigated. In such a system, there is not any conventional reinforced concrete coupling beam. The coupling action is provided only by buckling restrained braces that dissipate energy and also cause coupling forces in the wall piers. The studied structures are 10-, 20- and 30-story ones designed according to the ASCE, ACI-318 and AISC codes. Wall nonlinear model is then prepared using the fiber elements in PERFORM-3D software. The responses of the systems subjected to the forward directivity near-fault (NF) and ordinary far-fault (FF) ground motions at maximum considered earthquake (MCE) level are studied. The seismic responses of the structures corresponding to the inter-story drift demand, curvature ductility of wall piers, and coupling ratio of the walls are compared. On average, the results show that the inter-story drift ratio for the examined systems subjected to the far-fault events at MCE level is less than allowable value of 3%. Besides, incremental dynamic analysis is used to examine the considered systems. Results of studied systems show that, the taller the structures, the higher the probability of their collapse. Also, for a certain peak ground acceleration of 1 g, the probability of collapse under NF records is more than twice this probability under FF records.
A direct output feedback control scheme was recently proposed by the authors for single-story building structures resting on flexible soil body. In this paper, the control scheme is extended to mitigate the seismic responses of multi-story buildings. Soil-structure interaction is taken into account in two parts: input at the soil-structure interface/foundation and control algorithm. The former reflects the effect on ground motions and is monitored in real time with accelerometers at foundation. The latter includes the effect on the dynamic characteristics of structures, which is formulated by modifying the classical linear quadratic regulator based on the fundamental mode shape of the soil-structure system. Numerical result on the study of a $\frac{1}{4}$-scale three-story structure, supported by a viscoelastic half-space of soil mass, have demonstrated that the proposed algorithm is robust and very effective in suppressing the earthquake-induced vibration in building structures even supported on a flexible soil mass. Parametric studies are performed to understand how soil damping and flexibility affect the effectiveness of active tendon control. The selection of weighting matrix and effect of soil property uncertainty are investigated in detail for practical applications.
Kim, Sungwuk;Kim, Taeeun;Oh, Sungryoung;Ji-Hun Park
Journal of Urban Science
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v.12
no.2
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pp.19-30
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2023
The seismic design of water tanks for fire protection is important to prevent secondary earthquake damages due to fires. In this study, the seismic performance of stainless steel water tanks was evaluated considering both static and dynamic water pressure effects, and the influence of different panel shapes was investigated through numerical analysis. First, a basic water tank model comprised of flat panels was built, and then water pressure distribution including sloshing effects was evaluated. In the result of structural analysis, many panels of the basic water tank exceeded a specified allowable stress for load combinations including earthquake loads. In order to reduce the bending stress of the panel by increasing the moment of inertial of the panel section, alternative shapes of a truncated quadrangular pyramid were developed. Five water tanks with different alternative panel shapes were built and analyzed for the same load combinations. Based on the results of the numerical analysis, a number of effective aspect ratios were selected and modified to increase economic feasibility through additional analysis and structural safety check.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.3
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pp.183-191
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2003
A four-story reinforced concrete moment resisting frame damaged from an ultimate limit state earthquake is upgraded with prestressing cable bracing. The purpose of this study is to investigate the bracing configuration effects on the 3-D building response using thee different locations of the bracing systems for the retrofitted building. Since the previous work done by the author proved that static incremental loads to collapse analysis as a substitute to dynamic non-linear time history analysis was a valid alternative tool. Thus, static load to collapse analysis is solely applied to evaluate the seismic performance parameters of both the original and upgraded buildings in this study. In results, the exterior bracing system is effective in restraining torsional behavior of the structure under seismic loads, and no sudden failure occurs in this system that enhances the ductility of the building due to the gradual change of building stiffness as the lateral load increases.
In this study, characteristics of the seismic response of the non-earthquake resistant reinforced concrete (RC) frame were identified. The test building is designed to withstand only gravity loads and not in compliance with modern seismic codes. Smooth bars were utilized for the reinforcement. Members are provided with minimal amount of stirrups to withstand low levels of shear forces and the core concrete is virtually not confined. Columns are slender and more flexible than beams, and beam-column connections were built without stirrups. Through the modeling of an example RC frame, the feasibility of the fiber elementbased 3D nonlinear analysis method was investigated. Since the torsion is governed by the fundamental mode shape of the structure under dynamic loading, pushover analysis cannot predict torsional response accurately. Hence, dynamic response history analysis is a more appropriate analysis method to estimate the response of an asymmetric building. The latter method was shown to be accurate in representing global responses by the comparison of the analytical and experimental results. Analytical models without rigid links provided a good estimation of reduced stiffness and strength of the test structure due to bond-slip, by forming plastic hinges closer to the column ends. However, the absence of a proper model to represent the bond-slip poased the limitations on the current inelastic analysis schemes for the seismic analysis of buildings especially for those with round steel reinforcements. Thus, development of the appropriate bond-slip model is in need to achieve more accurate analysis.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.62
no.5
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pp.73-84
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2020
In this study, we compared and analyzed the static and dynamic analysis method for agricultural reservoirs. In addition, we assumed the aging of reservoir as the deterioration of the internal friction angle and cohesion. The internal friction angle and cohesion were applied by dividing into 4 case for each reservoir. As a result of comparing the stability of the reservoir embankment, it was found that the dynamic stability analysis method showed a greater risk than the static stability analysis method when dynamic loads such as earthquakes were applied. Therefore, when detailed review such as liquefaction is required, it is considered that the dynamic stability analysis method should be applied first. If a study on the change in material properties due to the aging of the reservoir is conducted, the stability analysis of the reservoir due to the aging of the reservoir can be performed more accurately. In addition, if a study comparing the results of dynamic stability analysis and static stability analysis for earthquakes with various characteristics for more reservoirs is conducted, detailed criteria for the case where dynamic stability analysis should be considered can be presented.
In most cases strengthening reinforced concrete columns exposed to high strain rate is to be expected especially within weak designed structures. A special type of loading is instantaneous loading. Rapid loading can be observed in structural columns exposed to axial loads (e.g., caused by the weight of the upper floors during a vertical earthquake and loads caused by damage and collapse of upper floors and pillars of bridges).Subsequently, this study examines the behavior of reinforced concrete columns under rapid loading so as to understand patterns of failure mechanism, failure capacity and strain rate using finite element code. And examines the behavior of reinforced concrete columns at different support conditions and various loading rate, where the concrete columns were reinforced using various counts of FRP (Fiber Reinforcement Polymer) layers with different lengths. The results were compared against other experimental outcomes and the CEB-FIP formula code for considering the dynamic strength increasing factor for concrete materials. This study reveals that the finite element behavior and failure mode, where the results show that the bearing capacity increased with increasing the loading rate. CFRP layers increased the bearing capacity by 20% and also increased the strain capacity by 50% through confining the concrete.
Ahmed Ibrahim;Ibrahim El-Araby;Ahmed I. Saleh;Mohammed Shaaban
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.4
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pp.347-361
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2023
This research aims to assess the behavior of reinforced concrete (RC) residential buildings when moment-resisting frames (MRFs) are used as the lateral resisting system. This investigation was conducted using MIDAS Gen v.19.0. Buildings with various plan footprints (Square, Rectangular, Circular, Triangular, and Plus-Shaped), and different heights (15 m, 30 m, 45 m, and 60 m) are investigated. The defined load cases, the equivalent static lateral load pattern, and the response spectrum function were defined as stated by the American Standard (ASCE 7-16), the 1997 Uniform Building Code (UBC97), the Egyptian Code for Loads (ECP-201), and the European Standard (EC8). Extensive comparisons of the results obtained by the different codes (including the story displacement, the story drift, and the base shear) were undertaken; to assess the response of moment-resisting multi-story framed buildings under lateral loads. The results revealed that, for all study cases under consideration, both ECP-201 and EC8 gave smaller base shear, displacement, and drift by one third to one fourth, around one fourth, around one fifth, respectively for both the ELF and RSA methods if compared to ASCE 7-16 and UBC97.
Hwang, Kyeong Min;Lee, Kyung Jin;Lee, Jong Bo;Won, Deok Hee
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5A
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pp.267-275
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2012
This paper describes the experimental study on the structural behavior of the joint plane between a RC(Reinforced Concrete) wall and a SC(Steel Plate Concrete) wall under out-of plane flexural loads and in-plane shear loads. The test specimens were produced with L and I shape to assess efficiently flexural and shear behavior of the structures. In order to consider dynamic loads such as earthquake, cyclic loading tests were carried out. As results of the out-of plane flexural tests, ductile failure mode of vertical bars was shown under a push load and the failure load was more than nominal strength of the specimen. And the latter test was performed to verify the variation which was composition presence of horizontal bars in the SC member. The test results showed that capacity of the specimens was more than their nominal strength regardless of composition presence of horizontal bars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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