Plastic deformation of link beams in eccentrically braced frames is the primary dissipating source of seismic energy. Despite the excellent compatibility with the architectural designs, previous researches indicate the deficiency of flexural yielding links compared to the shear yielding ones because of their localized plastic deformation. Previous investigations have shown that implementing web openings in beams could be an efficient method to improve the seismic performance of moment-resisting connections. Accordingly, this research investigates the use of flexural links with stiffened and un-stiffened web openings to eliminate localized plasticity at the ends of the link. For this purpose, the numerical models are generated in finite element software "Abaqus" and verified against experimental data gathered from other studies. Models are subjected to cyclic displacement history to evaluate their behavior. Failure of the numerical models under cyclic loading is simulated using a micromechanical based damage model known as Cyclic Void Growth Model (CVGM). The elastic stiffness and the strength-based and CVGM-based inelastic rotation capacity of the links are compared to evaluate the studied models' seismic response. The results of this investigation indicate that some of the flexural links with edge stiffened web openings show increased inelastic rotation capacity compared to an un-perforated link.
Halahla, Abdulsamee M.;Tahnat, Yazan B. Abu;Dwaikat, Monther B.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.3
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pp.231-243
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2022
Beam-column joints (BCJs) are recognized among the most crucial zones in reinforced concrete structures, as they are the critical elements subjected to a complex state of forces during a severe earthquake. Under such conditions, BCJs exhibit behaviors with impacts that extend to the whole structure and significantly influence its ductility and capability of dissipating energy. The focus of this paper is to investigate the effect of undamaged transverse beam (secondary beams) on the ductility of concrete BCJs reinforced with conventional steel and shape memory alloys bars using pushover analysis at tip of beam under different axial load levels at the column using a nonlinear finite element model in ABAQUS environment. A numerical model of a BCJ was constructed and the analysis outcomes were verified by comparing them to those obtained from previous experiments found in the literature. The comparison evidenced the capability of the calibrated model to predict the load capacity response of the joint. Results proved the ability of undamaged secondary beams to provide a noticeable improvement to the ductility of reinforced concrete joints, with a very negligible loss in load capacity. However, the effect of secondary beams can become less significant if the beams are damaged due to seismic effects. In addition, the axial load was found to significantly enhance the performance of BCJs, where the increase in axial load magnified the capacity of the joint. However, higher values of axial load resulted in greater initial stiffness of the BCJ.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.1
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pp.45-52
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2023
This study proposes an RCS composite damping device that can achieve seismic reinforcement of existing buildings by dissipating energy by inelastic deformation. A series of experiments assessing the performances of the rubber core pad, hysteretic steel slit damping device, and hybrid RCS damping device were conducted. The results showed that the ratios of the deviations to the mean values satisfied the domestic damping-device conformity condition for the load at maximum device displacement in each direction, at the maximum force and minimum force at zero displacement, as well as the hysteresis curve area. In addition, three analysis models based on load-displacement characteristics were proposed for application to seismic reinforcement design. In addition, the validity of the three proposed models was confirmed, as they simulated the experimental results well. Meanwhile, as the shear deformation of the rubber-core pad increased, the hysteretic behavior of super-elasticity greatly increased the horizontal force of the damping device. Therefore, limiting the allowable displacement during design is deemed to be necessary.
Jang Ju-wook;Hwang Yunil;Scrofano Ronald;Prasanna Viktor K.
The KIPS Transactions:PartA
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v.12A
no.4
s.94
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pp.305-312
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2005
In this paper, we present algorithm-level techniques for energy-efficient design at the algorithm level using FPGAs. We then use these techniques to create energy-efficient designs for two signal processing kernel applications: fast Fourier transform(FFT) and matrix multiplication. We evaluate the performance, in terms of both latency and energy efficiency, of FPGAs in performing these tasks. Using a Xilinx Virtex-II as the target FPGA, we compare the performance of our designs to those from the Xilinx library as well as to conventional algorithms run on the PowerPC core embedded in the Virtex-II Pro and the Texas Instruments TMS320C6415. Our evaluations are done both through estimation based on energy and latency equations on high-level and through low-level simulation. For FFT, our designs dissipated an average of $50\%$ less energy than the design from the Xilinx library and $56\%$ less than the DSP. Our designs showed an EAT factor of 10 times improvement over the embedded processor. These results provide a concrete evidence to substantiate the idea that FPGAs can outperform DSPs and embedded processors in signal processing. Further, they show that PFGAs can achieve this performance while still dissipating less energy than the other two types of devices.
Esfandiyari, Reza;Nejad, Soheil Monajemi;Marnani, Jafar Asgari;Mousavi, Seyed Amin;Zahrai, Seyed Mehdi
Steel and Composite Structures
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v.34
no.4
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pp.487-497
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2020
During the last few decades, fluid viscous dampers have been significantly improved in terms of performance and reliability. Viscous dampers dissipate the input energy into heat and the increased temperature may damage internal seals of the damper. As a result, thermal compensation is crucial for almost all fluid viscous dampers. In this study, while referring to the main working principles of the recently developed bypass viscous damper in Iran, a comprehensive case study is conducted on a RC building having diagonal braces equipped with such viscous dampers. Experimental results of a small-scale bypass viscous damper is presented and it is shown that the currently available simplified Maxwell models can simulate behavior of the bypass viscous damper with good accuracy. Using a case study, contribution of bypass viscous dampers to seismic behavior of structural and non-structural elements are investigated. A designed procedure is adopted to increase damping ratio of the building from 3% to 15%. In this way, reductions of 25% and 13% in the required concrete and steel rebar materials have been achieved. From nonlinear time history analyses, it is observed that bypass viscous dampers can greatly improve seismic behavior of structural elements and non-structural elements.
This article presents a comparative study of the effect of steel layouts on the seismic behavior of transition steel-concrete composite connections, both experimental and analytical investigations of concrete filled steel tube-reinforced concrete (CFST-RC) and steel reinforecd concrete-reinforced concrete (SRC-RC) structures were conducted. The steel-concrete composite connections were subjected to combined constant axial load and lateral cyclic displacements. Tests were carried out on four full-scale connections extracted from a real project engineering with different levels of axial force. The effect of steel layouts on the mechanical behavior of the transition connections was evaluated by failure modes, hysteretic behavior, backbone curves, displacement ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation. Test results showed that different steel layouts led to significantly different failure modes. For CFST-RC transition specimens, the circular cracks of the concrete at the RC column base was followed by steel yielding at the bottom of the CFST column. While uncoordinated deformation could be observed between SRC and RC columns in SRC-RC transition specimens, the crushing and peeling damage of unconfined concrete at the SRC column base was more serious. The existences of I-shape steel and steel tube avoided the pinching phenomenon on the hysteresis curve, which was different from the hysteresis curve of the general reinforced concrete column. The hysteresis loops were spindle-shaped, indicating excellent seismic performance for these transition composite connections. The average values of equivalent viscous damping coefficients of the four specimens are 0.123, 0.186 and 0.304 corresponding to the yielding point, peak point and ultimate point, respectively. Those values demonstrate that the transition steel-concrete composite connections have great energy dissipating capacity. Based on the experimental research, a high-fidelity ABAQUS model was established to further study the influence of concrete strength, steel grade and longitudinal reinforcement ratio on the mechanical behavior of transition composite connections.
This article aims to investigate the possible retrofitting of a deficient building with soft story failure mode by connecting it to an adjacent building which is designed based on current code with friction dampers at all floors. Low cost and high performance reliability along with significant energy dissipation pertaining to stable hysteretic loops may be considered in order to choose the proper damper for connecting adjacent buildings. After connecting two neighbouring floors by friction dampers, the sliding forces of dampers at various stories are set in two arrangements: uniform sliding force and then variable sliding force. In order to account for the stochastic nature of the seismic events, incremental dynamic analyses are employed prior and after the installation of the friction dampers at the various floors. Based on these results, fragility curves and mean annual rate of exceedance of serviceability and ultimate limit states are obtained. The results of this study show that the collapse mode of the deficient building can affect the optimum arrangement of sliding forces of friction dampers at Collapse Prevention (CP) performance level. In particular, the Immediate Occupancy (IO) performance level is not tangible to the sliding force arrangement and it depends solely on sliding force value. Generally it can be claimed that this rehabilitation scheme can turn the challenge of pounding two adjacent buildings into the opportunity of dissipating a large amount of the seismic input energy by the friction dampers, thus improving significantly the poor seismic performance of the deficient structure.
Shape memory alloys (SMA) exhibit superelasticity which refers to the capability of entirely recovering large deformation upon removal of applied forces and dissipating input energy during the cyclic loading reversals when the environment is above the austenite finish temperature. This property is increasingly favored by the earthquake engineering community, which is currently developing resilient structures with prompt recovery and affordable repair cost after earthquakes. Compared with the other SMAs, NiTi SMAs are widely deemed as the most promising candidate in earthquake engineering. This paper contributes to evaluate the seismic performance of properly designed concentrically braced frames (CBFs) equipped with NiTi SMA braces under earthquake ground motions corresponding to frequently-occurred, design-basis and maximum-considered earthquakes. An ad hoc seismic design approach that was previously developed for structures with idealized SMAs was introduced to size the building members, by explicitly considering the strain hardening characteristics of NiTi SMA particularly. The design procedure was conducted to compliant with a suite of ground motions associated with the hazard level of design-basis earthquake. A total of four six-story CBFs were designed by setting different ductility demands for SMA braces while designating with a same interstory drift target for the structural systems. The analytical results show that all the designed frames successfully met the prescribed seismic performance objectives, including targeted maximum interstory drift, uniform deformation demand over building height, eliminated residual deformation, controlled floor acceleration, and slight damage in the main frame. In addition, this study indicates that the strain hardening behavior does not necessarily impose undesirable impact on the global seismic performance of CBFs with SMA braces.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.22
no.6
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pp.758-765
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2016
In this study, wave damping due to a permeable bed of finite depth was modelled using a complementary mild-slope equation for stream function. The energy dissipating term in the mild-slope equation was presented in terms of stream function. In order to prevent re-reflection of reflected waves along the outer boundary, a delta-function-shaped source function was derived to generate a wave in a computational domain. Numerical experiments were conducted to measure the reflection coefficient of waves over a planar slope for various incident wave periods. The numerical result of the proposed model was compared with that of an integral equation method, showing good agreement in general. However, the proposed model showed relatively higher transmission rate for the larger permeability and the longer wavelength.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.4
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pp.37-48
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2010
The seismic control effect of reinforced concrete structures with low energy dissipating capacity due to stiffness degradation is investigated through nonlinear time history analysis. The primary structure is idealized as a SDOF system of modified Takeda hysteresis rule and an elasto-perfectly-plastic nonlinear spring is added to represent a hysteretic damping device. Based on statistics of the numerical analysis, equivalent linearization techniques are evaluated, and empirical equations for response prediction are proposed. As a result, estimation of the ductility demand with proposed empirical equations is more desirable than the equivalent linearization techniques. The optimal yield strengths based on empirical equations are significantly different from the optimal yield strength of elasto-perfectly-plastic systems. Also, the results indicate that the reduction effect of the ductility demand is more remarkable for smaller natural periods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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