Locally damaged structures caused by earthquake or extraordinary external forces have been required to rapidly be dismantled because of its possibility of additional collapses. Particularly, steel frame structures were demolished by the shaped charge blasting method. Recently a research suggested a shape charge blasting technique which uses bent-shaped charge holder of copper plate and emulsion explosive charge to cut thick steel plates. This study simulated the cutting performance of the bent-shaped charge holder with considering types of explosives, thickness of copper liner and stand-off distances using LS-DYNA software. The shape charge blasting test of a 25mm thickness steel plate were used to calibrate the input parameters of the numerical models. The penetration depth and penetration width were analysed with different types of explosives, thickness of copper liner and stand-off distances.
Moment frames have been widely used in building construction. In current design codes, concrete moment frames are classified into ordinary, intermediate, and special moment resisting concrete frames (OMRCF, IMRCF, SMRCF)). The objective of this study is to investigate the seismic behavior of columns in ordinary moment resisting concrete frames (OMRCF) and intermediate moment resisting concrete frames (IMRCF). For this purpose 3 story OMRCF and IMRCF buildings were designed and detailed in compliance to ACI 318 (2002) and KCI (1999). In this study the buildings were assumed to be located in seismic zone 1 classified by UBC (1997). This study considered the columns in the 1st story since these columns shall resist the largest axial and lateral forces during an earthquake. Eight 2/3 scale column specimens were made for representing the upper part and lower part of exterior and interior columns of the OMRCF and the IMRCF Quasi-static reversed cyclic loading was applied to each specimen with a constant or varying axial load. Test results show that seismic behaviors of columns are influenced by existence of lap splices, axial force levels, and lateral reinforcement at possible plastic hinging region. However, the effect of such variables strongly co-related to each other.
Park, Gun;Hong, Ki Nam;Han, Sang Hoon;Kim, Jae Suk
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.1
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pp.1-11
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2016
The domestic and foreign seismic design codes have specified that time history covers design response spectrum when the response spectrum, which calculated from the time history, is smaller than the design response spectrum at five points or less. In order to verify the design codes, time history analysis for a pier was performed by using five artificial time histories conforming design code with various characteristics and its member forces were evaluated according to them. It was confirmed from analysis results that, regardless of the conformity to design code requirement, seismic design using the artificial time histories could not guarantee earthquake resistant design if the response spectrum from them is lower than design response spectrum at the similar period to the natural frequency of structure. Thus, the time history generating method to make its acceleration response spectrum to be greater than design response spectrum at all period was proposed by two modification function in this study. It was also verified whether time histories from the proposed method satisfy the seismic design codes or not.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.3
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pp.317-323
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2011
We use the finite element method to analyze the seismic design of a liquid storage tank for a polar crane at a nuclear power plant. We obtained the natural frequency and vibration modes by modal analysis, and we evaluated the seismic stability by response spectrum analysis. Furthermore, the seismic analysis of the tank was accomplished by analyzing not only the forces applied to the wall by the sloshing of the liquid, but also the safe-shutdown earthquake condition for the tank. We propose a seismic-design process and a seismic-analysis method for liquid storage tanks based on the commercial finite element analysis program, ANSYS.
In conventional seismic design, structures are assumed to be fixed at the base. To reduce the impact of earthquake loading, while at the same time providing an economically feasible structure, minor damage is tolerated in the form of controlled plastic hinging at predefined locations in the structure. Uplift is traditionally not permitted because of concerns that it would lead to collapse. However, observations of damage to structures that have been through major earthquakes reveal that partial and temporary uplift of structures can be beneficial in many cases. Allowing a structure to move as a rigid body is in fact one way to limit activated seismic forces that could lead to severe inelastic deformations. To further reduce the induced seismic energy, slip-friction connectors could be installed to act both as hold-downs resisting overturning and as contributors to structural damping. This paper reviews recent research on the concept, with a focus on timber shear walls. A novel approach used to achieve the desired sliding threshold in the slip-friction connectors is described. The wall uplifts when this threshold is reached, thereby imparting ductility to the structure. To resist base shear an innovative shear key was developed. Recent research confirms that the proposed system of timber wall, shear key, and slip-friction connectors, are feasible as a ductile and low-damage structural solution. Additional numerical studies explore the interaction between vertical load and slip-friction connector strength, and how this influences both the energy dissipation and self-centring capabilities of the rocking structure.
Flange and web local buckling in beam plastic hinge regions of steel moment frames can prevent beam-column connections from achieving adequate plastic rotations under earthquake-induced forces. Reducing the flange-web slenderness ratios (FSR/WSR) of beams is the most effective way in mitigating local member buckling as stipulated in the latest seismic design specifications. However, existing steel moment frame buildings with beams that lack the adequate slenderness ratios set forth for new buildings are vulnerable to local member buckling and thereby system-wise instability prior to reaching the required plastic rotation capacities specified for new buildings. This paper presents results from a research study investigating the cyclic behavior of steel I-beams modified by a welded haunch at the bottom flange and reinforced with glass fiber reinforced polymers at the plastic hinge region. Cantilever I-sections with a triangular haunch at the bottom flange and flange slenderness ratios higher then those stipulated in current design specifications were analyzed under reversed cyclic loading. Beam sections with different depth/width and flange/web slenderness ratios (FSR/WSR) were considered. The effect of GFRP thickness, width, and length on stabilizing plastic local buckling was investigated. The FEA results revealed that the contribution of GFRP strips to mitigation of local buckling increases with increasing depth/width ratio and decreasing FSR and WSR. Provided that the interfacial shear strength of the steel/GFRP bond surface is at least 15 MPa, GFRP reinforcement can enable deep beams with FSR of 8-9 and WSR below 55 to maintain plastic rotations in the order of 0.02 radians without experiencing any local buckling.
In structural mechanics, traditional analyses methods usually employ matrix operations for obtaining displacement and internal forces of the structure under the external effects, such as distributed loads, earthquake or wind excitations, and temperature changing inter alia. These matrices are derived from the well-known principle of mechanics called minimum potential energy. According to this principle, a system can be in the equilibrium state only in case when the total potential energy of system is minimum. A close examination of the expression of the well-known equilibrium condition for linear problems, $P=K{\Delta}$, where P is the load vector, K is the stiffness matrix and ${\Delta}$ is the displacement vector, it is seen that, basically this principle searches the displacement set (or deformed shape) for a system that minimizes the total potential energy of it. Instead of using mathematical operations used in the conventional methods, with a different formulation, meta-heuristic algorithms can also be used for solving this minimization problem by defining total potential energy as objective function and displacements as design variables. Based on this idea the technique called Total Potential Optimization using Meta-heuristic Algorithms (TPO/MA) is proposed. The method has been successfully applied for linear and non-linear analyses of trusses and truss-like structures, and the results have shown that the approach is much more successful than conventional methods, especially for analyses of non-linear systems. In this study, the application of TPO/MA, with Harmony Search as the selected meta-heuristic algorithm, to cables net system is presented. The results have shown that the method is robust, powerful and accurate.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.4
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pp.73-80
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2008
The objective of current study is to develop an optimization technique for the seismic actively controlled building structures using active tendon devices by an efficient solution of LQR control gain. In order to solve the active control system, the Ricatti closed-loop algorithm has been applied, and the state vector has been formulated by the transfer matrix and solved by a numerical technique of the trapezoidal rule. The time-delay problem has been also considered by phase compensation. To optimize the performance index, the ratio of the weighted matrix is the design variable, allowable story drift limits of IBC 2000 and tendon forces have been applied as restraint conditions, and the optimum control program has been developed with the algorithm of the SUMT technique. In examples of the optimization problem of eight stories shear buildings, it is evaluated that the optimum controlled building is more suitable in the control of earthquake response than the uncontrolled system and can reduce the performance index to compare with the controlled system with a constant ratio of the weighted matrix.
Kim, Hyun-Su;Yang, Ah-Ram;Lee, Dong-Guen;Ahn, Sang-Kyung;Oh, Jung-Keun
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.4
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pp.91-100
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2008
In this study, the vibration control performance of high-rise building structures connected by a sky-bridge has been investigated. The philosophy of vibration control using sky-bridges is to allow structures with different dynamic characteristics to exert control forces upon one another through sky-bridges to reduce the overall responses of the system. The the high-rise building structure connected by sky-bridge with 49 and 42 stories was used in this study to investigate the displacement, acceleration, reaction of bearings and stress of sky-bridge by analytical methods. To this end, historical earthquakes, an artificial earthquake and wind force time histories obtained from wind tunnel tests were used. Based on the analytial results, the use of sky-bridge can be effective in reducing the structural responses of high-rise buildings against wind and seismic loads.
During an earthquake, steel frame columns can be subjected to high axial forces combined with inelastic rotation demand resulting from story drift. Generally, the whole beam or component can be represented with one element. In elasto-plastic analysis, subdivision is necessary if the plastic deformation occurs within two ends of beams. If effects of the joint panel are necessarily considered in the analysis, the joint panel should be represented with an independent element. It is a special element to represent the shear deformation of the joint panel in the beam-column connection zone. Several analytical models for panel zone (PZ) behavior exist, in terms of shear force-shear distortion relationships. Among these models, the Krawinkler PZ model is the most popular one which is used in the AISC code. Some studies have pointed out that Krawinkler's model gives good results for the range of thin to medium column flanges thickness. This paper, introduces a new model to estimate the response of shear force-shear distortion for the PZ including column axial force. The model is applicable to both thin and thick column flange. To achieve an appropriate PZ mathematical model first, the effects of PZ strength and stiffness on connection response are parametrically studied using finite element models. More than one thousand and four-hundred beam-column connections are included in the parametric study, with varied parameters; then based on analytical results a simple mathematical model is presented. A comparison between the results of proposed method herein with FE analyses shows the average error especially in thick column flange is significantly reduced which demonstrates the accuracy, efficiency, and simplicity of the proposed model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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