Mahmoudabadi, Vahidreza;Bahar, Omid;Jafari, Mohammad Kazem;Safiey, Amir
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.4
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pp.445-458
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2019
This study mainly aims to assess the performance of soil-structure systems designed by direct displacement-based method coupled with strong column-weak beam design concept through various system identification techniques under strong ground motions. To this end, various system identification methods are employed to evaluate the dynamic characteristics of a structure (i.e., modal frequency, system damping, mode shapes, and plastic hinge formation pattern) under a strong seismic excitation considering soil-structure interaction for different site conditions as specified by ASCE 7-10. The scope of the study narrowed down to the code-complying low- to high-rise steel moment resisting frames with various heights (4, 8, 12, 16-story). The comparison of the result of soil-structure systems with fix-based support condition indicates that the modal frequencies of these systems are highly influenced by the structure heights, specifically for the softer soils. This trend is more significant for higher modes of the system which can considerably dominate the response of structures in which the higher modes have more contribution in dynamic response. Amongst all studied modes of the vibration, the damping ratio estimated for the first mode is relatively the closet to the initial assumed damping ratios. Moreover, it was found that fewer plastic hinges are developed in the structure of soil-structure systems with a softer soil which contradicts the general expectation of higher damageability of such structural systems.
Kim, Minsun;Lee, Chang Seok;Kim, Byungmin;Jeon, Jong-Su
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.5
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pp.249-255
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2024
Strong ground motions at specific sites can cause severe damage to structures. Understanding the influence of site characteristics on the dynamic response of structures is crucial for evaluating their seismic performance and mitigating the potential damage caused by site effects. This study investigates the impact of the average shear wave velocity, as a site characteristic, on the seismic response of low-to-medium-rise reinforced concrete buildings. To explore them, one-dimensional soil column models were generated using shear wave velocity profile from California, and nonlinear site response analyses were performed using bedrock motions. Nonlinear dynamic structural analyses were conducted for reinforced concrete moment-resisting frame models based on the regional information. The effect of shear wave velocity on the structural response and surface ground motions was examined. The results showed that strong ground motions tend to exhibit higher damping on softer soils, reducing their intensity, while on stiffer soils, the ground motion intensity tends to amplify. Consequently, the structural response tended to increase on stiffer soils compared to softer soils.
Fatahi, Behzad;Tabatabaiefar, S. Hamid Reza;Samali, Bijan
Geomechanics and Engineering
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v.6
no.3
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pp.293-320
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2014
In this study, in order to evaluate adequacy of considering local site effect, excluding soil-structure interaction (SSI) effects in inelastic dynamic analysis and design of mid-rise moment resisting building frames, three structural models including 5, 10, and 15 storey buildings are simulated in conjunction with two soil types with the shear wave velocities less than 600 m/s, representing soil classes $D_e$ and $E_e$ according to the classification of AS1170.4-2007 (Earthquake actions in Australia) having 30 m bedrock depth. Structural sections of the selected frames were designed according to AS3600:2009 (Australian Standard for Concrete Structures) after undertaking inelastic dynamic analysis under the influence of four different earthquake ground motions. Then the above mentioned frames were analysed under three different boundary conditions: (i) fixed base under direct influence of earthquake records; (ii) fixed base considering local site effect modifying the earthquake record only; and (iii) flexible-base (considering full soil-structure interaction). The results of the analyses in terms of base shears and structural drifts for the above mentioned boundary conditions are compared and discussed. It is concluded that the conventional inelastic design procedure by only including the local site effect excluding SSI cannot adequately guarantee the structural safety for mid-rise moment resisting buildings higher than 5 storeys resting on soft soil deposits.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.65-75
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2006
Nonlinear pushover analysis is used to evaluate the earthquake response of building structures. To accurately predict the inelastic response of a structure, the prescribed story load profile should be able to describe the earthquake force profile which actually occurs during the time-history response of the structure. In the present study, a new modal combination method was developed to predict the earthquake load profiles of building structures. In the proposed method, multiple story load profiles are predicted by combining the modal spectrum responses multiplied by the modal combination factors. Parametric studies were performed far moment-resisting frames and walls. Based on the results. the modal combination factors were determined according to the hierarchy of each mode affecting the dynamic responses of structures. The proposed modal combination method was applied to prototype buildings with and without vertical irregularity. The results showed that the proposed method predicts the actual story load profiles which occur during the time-history responses of the structures.
Karimiyan, Somayyeh;Moghadam, Abdolreza S.;Karimiyan, Morteza;Kashan, Ali Husseinzadeh
Earthquakes and Structures
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v.5
no.6
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pp.753-779
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2013
One of the most important issues in progressive collapse mechanism of the buildings is evaluation of the collapse distribution in presence of the earthquake loads. Here, collapse propagation is investigated by tracking down the location and type of the collapsed beam and column elements, from the first element to the entire buildings. 6-story reinforced concrete ordinary moment resisting frame buildings with one directional mass eccentricity of 0%, 5%, 15% and 25% are studied to investigate differences among the progressive collapse mechanism of the regular and irregular buildings. According to the results of the nonlinear time history analyses, there are some patterns to predict progressive collapse scenarios in beam and column elements of the similar regular and irregular buildings. Results also show that collapse distribution patterns are approximately independent of the earthquake records.
Ravanshadnia, Hamidreza;Shakib, Hamzeh;Ansari, Mokhtar;Safiey, Amir
Earthquakes and Structures
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v.22
no.6
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pp.561-570
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2022
It is of great importance to be able to evaluate different structural systems not only based on their seismic performance but also considering their lifetime service costs. Many structural systems exist that can meet the engineering requirements for different performance levels; therefore, these systems shall be selected based on their economic costs over time. In this paper, two structural systems, including special steel moment-resisting and the ordinary concentric braced frames, are considered, which are designed to meet the three performance levels: Immediate Occupancy (IO), Life Safety (LS), Collapse Prevention (CP). The seismic behavior of these two systems is studied under three strong ground motions (i.e., Tabas, Bam, Kajour earthquake records) using the Perform3D package, and the incurred damages to the studied systems are examined at two hazard levels. Economic analyses were performed to determine the most economical structural system to meet the specified performance level requirements, considering the initial cost and costs associated with damages of an earthquake that occurred during their lifetime. In essence, the economic lifetime study results show that the special moment-resisting frames at IO and LS performance levels are at least 20% more economical than braced frames. The result of the study for these building systems with different heights designed for different performance levels also shows it is more economical from the perspective of long-term ownership of the property to design for higher performance levels even though the initial construction cost is higher.
Currently, there are many lateral resisting systems utilized in resisting lateral loads being produced in an earthquake. Such systems can significantly reduce the roof's displacement when placed at an optimum location. Since in the design of tall buildings, the minimum distance between adjacent buildings is important. In this paper, the critical excitation method is used to determine the best location of the belt truss system while calculating the minimum required distance between two adjacent buildings. For this purpose, the belt truss system is placed at a specific story. Then the critical earthquakes are computed so that the considered constraints are satisfied, and the value of roof displacement is maximized. This procedure is repeated for all stories; i.e., for each, a critical acceleration is computed. From this set of computed roof displacement values, the story with the least displacement is selected as the best location for the belt truss system. Numerical studies demonstrate that absolute roof displacements induced through critical accelerations range between 5.36 to 1.95 times of the San Fernando earthquake for the first example and 7.67 to 1.22 times of the San Fernando earthquake for the second example. This method can also be used to determine the minimum required distance between two adjacent buildings to eliminate the pounding effects. For this purpose, this value is computed based on different standard codes and compared with the results of the critical excitation method to show the ability of the proposed method.
This paper presents an analytical study aimed at evaluating the seismic performance of steel moment resisting frames (MRFs) retrofitted with different approaches. For this, 3, 6 and 12 storey MRFs having four equal bays of 5 m were selected as the case study models. The models were designed with lateral stiffness insufficient to satisfy code drift and hinge limitations in zones with high seismic hazard. Three different retrofit strategies including traditional diagonal bracing system and energy dissipation devices such as buckling restrained braces and viscoelastic dampers were used for seismic upgrading of the existing structures. In the nonlinear time history analysis, a set of ground motions representative of the design earthquake with 10% exceedance probability in fifty years was taken into consideration. Considering the local and global deformations, the results in terms of inter-storey drift index, global damage index, plastic hinge formations, base shear demand and roof drift time history were compared. It was observed that both buckling-restrained braces and viscoelastic dampers allowed for an efficient reduction in the demands of the upgraded frames as compared to traditional braces.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.4
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pp.135-144
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2006
In performing a risk analysis of structures under earthquakes, it is imperative to identify the vulnerability of structures associated with various damage stages considering structural properties, soil-structure interactions, site condition, and so on. In this paper, the method to derive a representative fragility curve of seismic isolated LRB(lead rubber bearing) bridges is proposed. In which, the curve is assumed log-normally distribution with two parameters. The risk analysis of seismic isolated LRB bridges considering earthquake effects such as PGA, PGV, SA, SV, and SI is also performed to assure the earthquake resisting capability of the structures. An practical way for constructing the representative fragility curves is also recommended combining fragility curves of structures.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.35-42
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2017
This study develops a new hybrid passive energy dissipation device for seismic rehabilitation of an existing structure. The device is composed of a friction damper combined with a steel plate with vertical slits as a hysteretic damper. Analytical model is developed for the device, and the capacity of the hybrid device to satisfy a given target performance is determined based on the ASCE/SEI 7-10 process. The effect of the device is verified by nonlinear dynamic analyses using seven earthquake records. The analysis results show that the dissipated inelastic energy is concentrated on the hybrid damper and the maximum interstory drift of the SMRF with damping system satisfies the requirement of the current code.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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