Nibellen structural system is a novel resilient bracing system based on the application of Bellville disks and Nitinol rods. The cyclic behavior of Nibellen assembly was obtained, and the design equations were developed based on the available literature. Seismic performance of the system was then studied analytically. Two groups of buildings with different lateral force resisting systems were designed and studied: one group with the Nibellen system, and the other with the special concentrically braced frame system. Each building group consisted of 5-, 10-, and 15-story buildings. The Design-Base-Event (DBE) and Maximum Considered Event (MCE) were considered as the seismic hazard, and a suite of seven ground motions were scaled accordingly for response history analyses. Finally, the resiliency of the buildings was studied by obtaining the functionality curve of the buildings before and after the seismic event. The construction cost of the 5-story building with Nibellen bracing system increased but the post-earthquake cost decreased significantly. The application of Nibellen system in the 10- and 15-story buildings reduced both the construction and repair costs, considerably. Resiliency of all the buildings was improved when Nibellen system was used as the lateral force resisting system.
Iman Hakamian;Kianoosh Taghikhani;Navid Manouchehri;Mohammad Mahdi Memarpour
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.99-112
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2023
This paper investigates the influences of Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic behavior of two-dimensional reinforced concrete moment-resisting frames subjected to Far-Field Ground Motion (FFGM) and Near-Field Ground Motion (NFGM). For this purpose, the nonlinear modeling of 7, 10, and 15-story reinforced concrete moment resisting frames were developed in Open Systems for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) software. Effects of SSI were studied by simulating Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) and the soil type as homogenous medium-dense. Generally, the building resistance to seismic loads can be explained in terms of Incremental Dynamic Analysis (IDA); therefore, IDA curves are presented in this study. For comparison, the fragility evaluation is subjected to NFGM and FFGM as proposed by Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695). The seismic performance of Reinforced Concrete (RC) buildings with fixed and flexible foundations was evaluated to assess the probability of collapse. The results of this paper demonstrate that SSI and NFGM have significantly influenced the probability of failure of the RC frames. In particular, the flexible-base RC buildings experience higher Spectral acceleration (Sa) compared to the fixed-base ones subjected to FFGM and NFGM.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.73-76
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2008
According to the survey of earthquake disaster, low-rise reinforced concrete building larger by the extent of damage and because of the underlying distribution of reinforced concrete structures more, it is very likely to be disasters. The purpose of this study is to discuss how strength and stiffness of each system in low-rise reinforced concrete buildings consisted of extremely brittle, shear and flexural failure lateral-load resisting systems have influence on seismic capacities of the overall system. Generally, if shear failure members including extremely brittle failure members are failed during an earthquake, the lateral-load resisting seismic capacities of RC buildings are lower rapidly, and if the seismic capacities of shear failure members were higher than that of flexural failure members, failures of shear failure members have influence on failures of the overall system. The result of this paper will provide pseudo-dynamic test of carried out to estimate the possibility of proposals.
Bianchini, Fabricio;Haque, A.B.M. Rafiqul;Hewage, Kasun;Alam, M. Shahria
Earthquakes and Structures
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v.11
no.2
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pp.265-280
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2016
Environmental and operational benefits of green roofs are manifolds; however, their main disadvantages are cost and weight. New technology enabled the use of plastics to reduce the weight of green roof systems to promote their installation. To maximize their potential benefits, green roofs can be installed on existing structures. This study evaluates the influence of green roofs on the seismic response of 3, 6, and 8 storey reinforced concrete ductile moment resisting frames, which were designed according to current seismic standards, however, not designed for green roofs. For each frame, three different types of roofs are considered: gravel flat roof, extensive green roof, and intensive green roof. Nonlinear dynamic time history analysis using an ensemble of twenty real earthquake records was performed to determine the inter-storey drift demand and roof drift demand for each frame. Eigenvalue analysis was also performed to determine the impact of green roofs weight on the elastic and cracked periods of the structure. Results from the analysis demonstrated that intensive and extensive green roofs do not affect the seismic performance of reinforced concrete frame structures.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.985-988
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2008
A linear analysis method using reduced secant stiffness was developed for inelastic earthquake design of reinforced concrete structures. In the proposed method, the beam-column element and plane element, which are the same as used in conventional elastic analysis, are used for structural modeling. Based on the structural plastic mechanism intended by engineer, the distribution of inelastic members is determined. The secant stiffness of the inelastic members is determined based on the target ductility of the structure. Inelastic strengths of the members are calculated by using linear analysis on the structure modeled with secant stiffness. Plastic rotations in the inelastic members are calculated with the nodal rotations resulting from the secant stiffness analysis. For verification, the proposed method was applied to the inelastic earthquake designs of a moment-resisting frame and a dual system of two dimensions, and also a dual system of three dimensions.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.8
no.6
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pp.107-115
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2008
Bearing wall apartments have been introduced to meet the needs of population growth in metropolis since 1980 in Korea. It is extremely difficult to remodel bearing wall apartments. Noises and vibrations generated between floors are also problems to solve. This paper introduces rahmen structures that enable easy remodel. Modularized Hybrid System(MHS) is demonstrated to be effective in terms of material quantity, construction costs, and amount of $CO_2$ emission compared with those of bearing wall structures. Housings with MHS composite girder ensure the flexibility of architectural plan and easy remodel while the floor heights are maintained the same as bearing wall structures. The reduction of the concrete and reinforcing steels tonnage decreased construction cost of MHS multi-residential housings. The $CO_2$ omission was also diminished in accordance with the reduction of construction materials. This paper describes new structural system adapting MHS frames to propose the extended life of residential housings and reduce the national resources by preventing unnecessary rebuilding of housings.
Superelastic Shape Memory Alloys (SMAs) are gaining acceptance for use as reinforcing bars in concrete structures. The seismic behaviour of concrete frames reinforced with SMAs is being assessed in this study. Two eight-storey concrete frames, one of which is reinforced with regular steel and the other with SMAs at the plastic hinge regions of beams and regular steel elsewhere, are designed and analyzed using 10 different ground motion records. Both frames are located in the highly seismic region of Western Canada and are designed and detailed according to current seismic design standards. The validation of a finite element (FE) program that was conducted previously at the element level is extended to the structure level in this paper using the results of a shake table test of a three-storey moment resisting steel RC frame. The ten accelerograms that are chosen for analyzing the designed RC frames are scaled based on the spectral ordinate at the fundamental periods of the frames. The behaviour of both frames under scaled seismic excitations is compared in terms of maximum inter-storey drift, top-storey drift, inter-storey residual drift, and residual top-storey drift. The results show that SMA-RC frames are able to recover most of its post-yield deformation, even after a strong earthquake.
The behavior of beam-column joints in moment resisting frame structures is susceptible to damage caused by seismic effects due to poor performance of the joints. A good number of researches were carried out to understand the complex mechanism of RC joints considered in current seismic design codes. The traditional construction detailing of transverse reinforcement has resulted in serious joint failures during earthquakes. This paper introduces a new design philosophy involving the use of additional diagonal bars within the joint particularly suitable for low to medium seismic effects in earthquake zones. In this study, ten full-scale interior beam-column specimens were constructed with various additional reinforcement details and configurations. The results of the experiment showed that adding additional bars is a promising approach in reinforced concrete structures where earthquakes are eminent. In terms of overall cracking observation during the test, the specimens with additional bars (diagonal and straight) compared with the ones without them showed fewer cracks in the column. Furthermore, concrete confinement is certainly an important design measure as recommended by most international codes.
Steel plate shear walls (SPSWs) have been shown to be efficient lateral force-resisting systems, which are increasingly used in new and retrofit construction. These structural systems are designed with either stiffened and stocky or unstiffened and slender web plates based on disparate structural and economical considerations. Based on some limited reported studies, on the other hand, employment of low yield point (LYP) steel infill plates with extremely low yield strength, and high ductility as well as elongation properties is found to facilitate the design and improve the structural behavior and seismic performance of the SPSW systems. On this basis, this paper reports system-level investigations on the seismic response assessment of multi-story SPSW frames under the action of earthquake ground motions. The effectiveness of the strip model in representing the behaviors of SPSWs with different buckling and yielding properties is primarily verified. Subsequently, the structural and seismic performances of several code-designed and retrofitted SPSW frames with conventional and LYP steel infill plates are investigated through detailed modal and nonlinear time-history analyses. Evaluation of various seismic response parameters including drift, acceleration, base shear and moment, column axial load, and web-plate ductility demands, demonstrates the capabilities of SPSW systems in improving the seismic performance of structures and reveals various advantages of use of LYP steel material in seismic design and retrofit of SPSW systems, in particular, application of LYP steel infill plates of double thickness in seismic retrofit of conventional steel and code-designed SPSW frames.
Nonlinear Static Procedures (NSPs) have been developed as a practical tool to estimate the seismic demand of structures. Several researches have accomplished to minimize errors of NSPs, namely pushover procedures, in the Nonlinear Time History Analysis (NTHA), as the most exact method. The most important issue in a typical pushover procedure is the pattern and technique of loading which are extracted based on structural dynamic fundamentals. In this paper, the coefficients of modal force combination is focused involving a meta-heuristic optimization algorithm to find the optimum load pattern which results in a response with minimum amount of errors in comparison to the NTHA counterpart. Other parameters of the problem are based on the FEMA recommendations for pushover analysis of building structures. The proposed approach is implemented on a high-rise 20 storey concrete moment resisting frame under three earthquake records. In order to demonstrate the effectiveness and robustness of the studied procedure the results are presented beside other well-known pushover methods such as MPA and the FEMA procedures, and the results show the efficiency of the proposed load patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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