Adibi, Mahdi;Marefat, Mohammad S.;Arani, Kamyar Karbasi;Zare, Hamid
Earthquakes and Structures
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v.12
no.2
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pp.237-250
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2017
There has been increasing attention in many countries on seismic retrofit of old fashioned RC structures in recent years. In such buildings, the joints lack transverse reinforcement and suffer inadequate seismic dimensional requirements and the reinforcement is plain bar. The behavior of the joints is governed by sliding of steel bars and diagonal shear failure is less influential. Different methods to retrofit beam-column joints have been proposed in the literature such as wrapping the joint by FRP sheets, enlargement of the beam-column joint, and strengthening the joint by steel sheets. In this study, an enlargement technique that uses external prestressed cross ties with steel angles is examined. The technique has already been used for substructures reinforced by deformed bars and has advantages such as efficient enhancement of seismic capacity and lack of damage to the joint. Three reference specimens and two retrofitted units are tested under increasing lateral cyclic load in combination with two levels of axial load. The reference specimens showed relatively low shear strength of 0.150${\surd}$($f_c$) and 0.30${\surd}$($f_c$) for the exterior and interior joints, respectively. In addition, relatively brittle behavior was observed and large deformations extended into the panel zone of the joints. The retrofit method has increased ductility ratio of the interior beam-column joints by 63%, and energy dissipation capacity by 77%, relative to the control specimen; For external joints, these values were 11%, and 94%. The retrofit method has successfully relocated the plastic joints far from the column face. The retrofit method has improved shear strength of the joints by less than 10%.
Due to functional requirements, SRC column-RC beam abnormal joints with characteristics of strong beam weak column, variable column section, unequal beam height and staggered height exist in the Steel reinforced concrete (SRC) frame-bent main building structure of thermal power plant (TPP). This paper presents the experimental results of these abnormal joints through cyclic loading tests on five specimens with scaling factor of 1/5. The staggered height and whether adding H-shaped steel in beam or not were changing parameters of specimens. The failure patterns, bearing capacity, energy dissipation and ductile performance were analyzed. In addition, the stress mechanism of the abnormal joint was discussed based on the diagonal strut model. The research results showed that the abnormal exterior joints occurred shear failure and column end hinge flexural failure; reducing beam height through adding H-shaped steel in the beam of abnormal exterior joint could improve the crack resistance and ductility; the abnormal interior joints with different staggered heights occurred column ends flexural failure; the joint with larger staggered height had the higher bearing capacity and stiffness, but lower ductility. The concrete compression strut mechanism is still applicable to the abnormal joints in TPP, but it is affected by the abnormal characteristics.
Jian-Tao Wang;Yue Wei;Juan Wang;Yu-Wei Li;Qing Sun
Steel and Composite Structures
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v.49
no.4
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pp.441-456
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2023
Aiming at the development trend of light weight and high strength of engineering structures, this paper experimentally investigated the seismic performance of circular-in-square high-strength concrete-filled double skin steel tubular (HCFDST) stub columns with out-of-code width-to-thickness (B/t) ratios. Typical failure mode of HCFDST stub columns appeared with the infill material crushing, steel fracture and local buckling of outer tubes as well as the inner buckling of inner tubes. Subsequently, the detailed analysis on hysteretic curves, skeleton curves and ductility, energy dissipation, stiffness degradation and lateral force reduction was conducted to reflect the influences of hollow ratios, axial compression ratios and infill types, e.g., increasing hollow ratio from 0.54 to 0.68 and 0.82 made a slight effect on bearing capacity compared to the ductility coefficients; the higher axial compression ratio (e.g., 0.3 versus 0.1) significantly reduced the average bearing capacity and ductility; the HCFDST column SCFST-6 filled with concrete obviously displayed the larger initial secant stiffness with a percentage 34.20% than the column SCFST-2 using engineered cementitious composite (ECC); increasing hollow ratios, axial compression ratios could accelerate the drop speed of stiffness degradation. The out-of-code HCFDST stub columns with reasonable design could behave favorable hysteretic performance. A theoretical model considering the tensile strength effect of ECC was thereafter established and verified to predict the moment-resisting capacity of HCFDST columns using ECC. The reported research on circular-in-square HCFDST stub columns can provide significant references to the structural application and design.
Bantilas, Kosmas E.;Kavvadias, Ioannis E.;Vasiliadis, Lazaros K.
Earthquakes and Structures
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v.13
no.4
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pp.337-351
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2017
In the present study a capacity spectrum method based on constant ductility inelastic spectra to estimate the seismic performance of structures equipped with elastic viscous dampers is presented. As the definition of the structures' effective damping, due to the damping system, is necessary, an alternative method to specify the effective damping ratio ${\xi}eff$ is presented. Moreover, damping reduction factors (B) are introduced to generate high damping elastic demand spectra. Given the elastic spectra for damping ratio ${\xi}eff$, the performance point of the structure can be obtained by relationships that relate the strength demand reduction factor (R) with the ductility demand factor (${\mu}$). As such expressions that link the above quantities, known as R - ${\mu}$ - Τ relationships, for different damping levels are presented. Moreover, corrective factors (Bv) for the pseudo-velocity spectra calculation are reported for different levels of damping and ductility in order to calculate with accuracy the values of the viscous dampers velocities. Finally, to evaluate the results of the proposed method, the whole process is applied to a four-storey reinforced concrete frame structure and to a six-storey steel structure, both equipped with elastic viscous dampers.
Taiyari, Farshad;Mazzolani, Federico M.;Bagheri, Saman
Steel and Composite Structures
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v.33
no.4
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pp.525-535
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2019
The seismic performance of steel frames equipped with a particular type of bending dissipative braces (BDBs) having U elements, which has recently been introduced and tested by the authors, is investigated. For this purpose, two structural systems, i.e., simple and dual steel building frames, both with diagonal BDBs and different number of stories, are considered. After providing a design method of this new BDB, the detailed structural models are developed in the OpenSees platform to perform nonlinear dynamic analyses. Seismic performance factors like ductility, overstrength, response modification and deflection amplification factors are calculated using incremental dynamic analysis (IDA). In addition, to assess the damage probability of the structural models, their seismic fragilities are developed. The results show high energy dissipation capacity of both structural systems while the number of U elements needed for the bracing system of each story in the moment frames are less than those in the corresponding non-moment (simple) frames. The average response modification and deflection amplification factors for both structural schemes are obtained about 8.6 and 5.4, respectively, which are slightly larger than the corresponding recommended values of ASCE for the typical buckling-restrained braces (BRBs).
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.1
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pp.81-88
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2024
The purpose of this study is to experimentally analyze the seismic performance of beam-column specimens with vertical irregular, which were reinforced with RHS (Replaceable steel haunch system). a steel haunch system. To evaluate the seismic performance of the RHS, three specimens were manufactured and subjected to cycle loading tests. Retrofitted specimens have different beam-upper column stiffness ratio as a variable. The stiffness ratio of beam-upper column were considered to be 1.2 and 0.84. As a result of the test, the specimen reinforced with RHS showed improved maximum load and effective stiffness, and energy dissipation capacity compared to the non-retrofitted specimen with same beam-upper column stiffness ratio. The specimen with 0.84 beam-upper column stiffness ratio showed improved performance than the specimen with 12.
The rocking pier system (RPS) allows the columns to rock on beam or foundation surfaces during the attacks of a strong earthquake. Literatures have proved that seismic energy dissipated by the RPS through the column impact is limited. To enhance the energy dissipation capacity of a RPS bridge substructure, frictional hinge dampers (FHDs) were installed and evaluated by shaking table tests. The supplemental FHDs consist of two brass plates sandwiched by three steel plates. The strategy of self-centering design is to isolate the seismic energy by RPS at the columns and then dissipate the energy by FHDs at the bridge deck. Component tests of FHD were first conducted to verify the friction coefficient and dynamic characteristic of the FHDs. In total, 32 shaking table tests were conducted to investigate parameters such as wave forms of the earthquake (El Centro 1940 and Kobe 1995) and normal forces applied on the friction dampers. An analytical model was also proposed to compare with the tested damping of the bridge sub-structure with or without FHDs.
Connections with damage concentrated to pre-selected components can enhance seismic resilience for moment resisting frames. These pre-selected components always yield early to dissipate energy, and their energy dissipation mechanisms vary from one to another, depending on their position in the connection, geometry configuration details, and mechanical characteristics. This paper presents behaviour insights on two types of beam-to-beam connections that the angles were designed as energy dissipation components, through the results of experimental study and finite element analysis. Firstly, an experimental programme was reviewed, and key responses concerning the working mechanism of the connections were presented, including strain distribution at the critical section, section force responses of essential components, and initial stiffness of test specimens. Subsequently, finite element models of three specimens were established to further interpret their behaviour and response that were not observable in the tests. The moment and shear force transfer paths of the composite connections were clarified through the test results and finite element analysis. It was observed that the bending moment is mainly resisted by axial forces from the components, and the dominant axial force is from the bottom angles; the shear force at the critical section is primarily taken by the slab and the components near the top flange. Lastly, based on the insights on the load transfer path of the composite connections, preliminary design recommendations are proposed. In particular, a resistance requirement, quantified by a moment capacity ratio, was placed on the connections. Design models and equations were also developed for predicting the yield moment resistance and the shear resistance of the connections. A flexible beam model was proposed to quantify the shear resistance of essential components.
This study proposes a new concept of an axial damper using the combination of shape memory alloy (SMA), friction devices, and polyurethane springs. Although there are many kinds of dampers to limit the damages, large residual deformation may happen and it causes much repairing cost for restoring the structure to the initial position. Also in some of the dampers, a special technology for assembling and fabricating is needed. One of the most important advantages of this damper is the ability to remove all the residual deformation using SMA plates and simple assembling without any special technology to fabricate. In this paper, four different dampers (in presence or omission of friction devices and polyurethane springs) are investigated. All four cases are analyzed in ABAQUS platform under cyclic loadings. In addition, the SMA plates are replaced by steel ones in four cases, and the results are compared to the SMA dampers. The results show that the axial polyurethane friction (APF) damper could decrease the residual deformation effectively. Also, the damper capacity and dissipated energy could be improved. The analysis showed that APF damper is a good recentering damper with a large amount of energy dissipation and capacity, among others.
This paper aims to investigate the seismic behavior and influence parameters of the large-scaled thin-walled reinforced concrete (RC) tubular columns in air-cooled supporting structures of thermal power plants (TPPs). Cyclic loading tests and finite element analysis were performed on 1/8-scaled specimens considering the influence of wall diameter ratio, axial compression ratio, longitudinal reinforcement ratio, stirrup reinforcement ratio and adding steel diagonal braces (SDBs). The research results showed that the cracks mainly occurred on the lower half part of RC tubular columns during the cyclic loading test; the specimen with the minimum wall diameter ratio presented the earlier cracking and had the most cracks; the failure mode of RC tubular columns was large bias compression failure; increasing the axial compression ratio could increase the lateral bearing capacity and energy dissipation capacity, but also weaken the ductility and aggravate the lateral stiffness deterioration; increasing the longitudinal reinforcement ratio could efficiently enhance the seismic behavior; increasing the stirrup reinforcement ratio was favorable to the ductility; RC tubular columns with SDBs had a much higher bearing capacity and lateral stiffness than those without SDBs, and with the decrease of the angle between columns and SDBs, both bearing capacity and lateral stiffness increased significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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