International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.275-284
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2017
A formula to estimate the yield displacement observed in the pushover analysis of coupled wall lateral force-resisting systems is presented. The estimate is based on the results of an analytical study of coupled walls ranging from 8 to 20 stories in height, with varied amounts of reinforcement in the reinforced concrete coupling beams and walls, subjected to first-mode pushover analysis. An example illustrates the application of these estimates to the performance-based seismic design of coupled walls.
Steel moment resisting frames (MRFs) typically have inter-story drift concentrations at lower stories during earthquakes as found from previous research. Hinged walls (HWs) can be used as structural strengthening components to force the MRFs deform uniformly along the building height. However, large moment demands are often observed on HWs and make the design of HWs non-economical. This paper proposes a method to reduce the moment demand on HWs using a ductile connection system between the MRFs and the HWs. The ductile connection system is designed with a yield strength and energy dissipation capacity, for the purpose of limiting the seismic forces transferred to the HWs and dissipating seismic energy. Nonlinear time history analyses were performed using 10 far-filed earthquakes at maximum considered earthquake level. The analysis results show that the proposed ductile connection system can reduce: (1) seismic moment demands in the HWs; (2) floor accelerations; (3) the connection force between HWs and MRFs.
This study presents a replaceable reduced beam section (R-RBS) located at the column end in moment resisting frames (MRFs). An end of the R-RBS is connected to column by using end-plate moment connection and the other end of that is connected to main beam with beam splice connection. Therefore, the RBS that is expected to yield under an earthquake can be easily replaceable. Geometry of the RBS and the thickness of the beam splice connection are the prime variables of this study. A total of eight experimental test was carried out to examine the seismic performance of the proposed R-RBS with the connection details. The results obtained from experimental studies demonstrated that plate sizes of the beam splice connection significantly affect the seismic performance of RBSs used in MRFs.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.2
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pp.91-99
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2023
Structural vibration induced by earthquake hazards is one of the most significant concerns in structure performance-based design. Structural hazards evoked from seismic events must be properly identified to make buildings resilient enough to withstand extreme earthquake loadings. To investigate the effects of combined earthquake-resistant systems, shear walls and five types of dampers are incorporated in nineteen structural models by altering their arrangements. All the building models were developed as per ACI 318-14 and ASCE 7-16. Seismic fragility curves were developed from the incremental dynamic analyses (IDA) performed by using seven sets of ground motions, and eventually, by following FEMA P695 provisions, the collapse margin ratio (CMR) was computed from the collapse curves. It is evident from the results that the seismic performance of the proposed combined shear wall-damper system is significantly better than the models equipped with shear walls only. The scrutinized dual seismic resisting system is expected to be applied practically to ensure a multi-level shield for tall structures in high seismic risk zones.
Slit shear walls an reinforced concrete shear wall structures with purposely built-in vertical slits. If the slits are inserted with visco-elastic damping materials, the shear walls will become viscoelastic sandwich beams. When adequately designed, this kind of structures can be quite effective in resisting earthquake loads. Herein, a simple analysis method is developed for the evaluation of the stochastic responses of visco-elastic slit shear walls. In the proposed method, the stiffness and mass matrices are derived by using Rayleigh-Ritz method, and the responses of the structures are calculated by means of complex modal analysis. Apart from slit shear walls, this analysis method is also applicable to coupled shear walls and cantilevered sandwich beams. Numerical examples are presented and the results clearly show that the seismic responses of shear wall structures can be substantially reduced by incorporating vertical slits into the walls and inserting visco-elastic damping materials into the slits.
A novel post-tensioned self-centering (SC) concrete beam-column connection with web friction devices has been proposed for concrete moment-resisting frames. This paper presents a probabilistic performance evaluation procedure to evaluate the performance of the self-centering concrete frame with the proposed post-tensioned beam-column connections. Two performance limit states, i.e., immediate occupancy (IO) and repairable (RE) limit states, are defined based on peak and residual story drift ratios. Statistical analyses of seismic demands revealed that the dispersion of residual drifts is larger than that of peak drifts. Due to self-centering feature of post-tensioning connections, the SC frame was found to have high probabilities to be recentered under the design basis earthquake (DBE) and maximum considered earthquake (MCE) ground motions. Seismic risk analysis was performed to determine the annual (50-year) probability of exceedance for IO and RE performance limit states, and the results revealed that the design objectives of the SC frame would be met under the proposed performance-based design approach.
Seismic fragility analysis is a probabilistic decision-making framework which is widely implemented for evaluating vulnerability of a building under earthquake loading. It requires ingredient named probabilistic model and commonly developed using statistics requiring collecting data in large quantities. Preparation of such a data-base is often costly and time-consuming. Therefore, in this paper, by developing generic seismic drift demand model for regular-multi-story steel moment resisting frames is tried to present a novel application of the probabilistic decision-making analysis to practical purposes. To this end, a demand model which is a linear function of intensity measure in logarithmic space is developed to predict overall maximum inter-story drift. Next, the model is coupled with a set of regression-based equations which are capable of directly estimating unknown statistical characteristics of the model parameters.To explicitly address uncertainties arise from randomness and lack of knowledge, the Bayesian regression inference is employed, when these relations are developed. The developed demand model is then employed in a Seismic Fragility Analysis (SFA) for two designed building. The accuracy of the results is also assessed by comparison with the results directly obtained from Incremental Dynamic analysis.
This paper describes a new type of replaceable fuse for moment resisting frames. Column-tree connections with beam splice connections are frequently preferred in the moment resisting frames since they eliminate field welding and provide good quality. In the column-tree connections, a part of the beam is welded to the column in the shop and the rest of the beam is bolted with the splice connection in the field. In this study, a replaceable reduced beam section (R-RBS) connection is proposed in order to eliminate welding process and facilitate assembly at the site. In the proposed R-RBS connection, one end is connected by a beam splice connection to the beam and the other end is connected by a bolted end-plate connection to the column. More importantly is that the proposed R-RBS connection allows the replacement of the damaged R-RBS easily right after an earthquake. Pursuant to this goal, experimental and numerical studies have been undertaken to investigate the performance of the R-RBS connection. An experimental study on the RBS connection was used to substantiate the numerical model using ABAQUS, a commercially available finite element software. Additionally, five different finite element models were developed to conduct a parametric study. The results of the analysis were compared in terms of the moment and energy absorption capacities, PEEQ, rupture and tri-axiality indexes. The design process as well as the optimum dimensions of the R-RBS connections are presented. It was also demonstrated that the proposed R-RBS connection satisfies AISC criteria based on the nonlinear finite element analysis results.
Masoomeh Naraghi;S. Mohammad Mirhosseini;Hossein Rahami;Abdolreza S. Moghadam
Steel and Composite Structures
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v.53
no.2
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pp.155-167
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2024
Identifying the location of earthquake-induced damage in buildings and mitigating its impact, especially in low-damage systems such as rocking frames, is a significant challenge for structural engineers. Therefore, it is crucial to investigate the sensitivity and type of damage of buildings exposed to severe earthquakes to concentrate damage in predefined locations that can be repaired easily. This paper explores the seismic responses of a Self-Centering Rocking Steel Braced Frame (SCR-SBF) under far-field and near-field ground motions. This earthquake-resistant system includes components such as post-tensioning cables to provide frame self-centering, eliminate residual drift in the system, and replaceable fuses to concentrate the earthquake-induced damage. While previous studies have examined far and near-field earthquakes, their comparative influence on the seismic behavior of structures with a rocking system remains unexplored. This paper presents a novel investigation into the sensitivity of SCR-SBF structures to far and near-field earthquakes. Considering the critical effects of shock and impulse loads on rocking systems, the study aims to assess the effects of near-field earthquakes and compare them to far-field earthquakes on these systems. For this purpose, different response parameters have been calculated under records of far- and near-field earthquakes at three specific ground acceleration levels by incremental nonlinear dynamic analysis. Additionally, the seismic behavior of the SCR-SBF and Steel-Braced Frame (SBF) are compared for near and far-field ground motions. The results show that SCR-SBF systems have better resilience and reduced local failures compared to SBF systems under far and near-field earthquakes, requiring tailored design strategies.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.2
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pp.23-31
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2008
Dynamic earth pressure acting on geotechnical structures can be driving force or resisting force for the displacement of the structure according to the phase relation between the dynamic earth pressure and inertia force of structures. In this research, the evaluation procedure of the phase relation between the dynamic earth pressure and the inertia force was proposed. According to the procedure, numerical analyses on caisson foundation of bridges were performed and the phase relation was analyzed. The analysis results showed that the dynamic earth pressure becomes the driving force, which increases the displacement of the structure, if the displacement amplitude of ground is larger than that of structure due to the low stiffness of the ground, and the dynamic earth pressure becomes the resisting force against the displacement of the structure if the displacement amplitude of ground is smaller than that of structure due to the high stiffness of the ground.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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