In performance-based seismic design procedures Peak Ground Acceleration (PGA) and pseudo-Spectral acceleration ($S_a$) are commonly used to predict the response of structures to earthquake. Recently, research has been carried out to evaluate the predictive capability of these standard Intensity Measures (IMs) with respect to different types of structures and Engineering Demand Parameter (EDP) commonly used to measure damage. Efforts have been also spent to propose alternative IMs that are able to improve the results of the response predictions. However, most of these IMs are not usually employed in probabilistic seismic demand analyses because of the lack of reliable Ground Motion Prediction Equations (GMPEs). In order to define seismic hazard and thus to calculate demand hazard curves it is essential, in fact, to establish a GMPE for the earthquake intensity. In the light of this need, new GMPEs are proposed here for the elastic input energy spectra, energy-based intensity measures that have been shown to be good predictors of both structural and non-structural damage for many types of structures. The proposed GMPEs are developed using mixed-effects models by empirical regressions on a large number of strong-motions selected from the NGA database. Parametric analyses are carried out to show the effect of some properties variation, such as fault mechanism, type of soil, earthquake magnitude and distance, on the considered IMs. Results of comparisons between the proposed GMPEs and other from the literature are finally shown.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.6
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pp.399-405
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2023
This study presents an optimal seismic design method based on genetic algorithms to induce beam-hinge collapse mechanisms in reinforced concrete moment frames. Two objective functions are used. The first minimizes the cost of the structure and the second maximizes the energy dissipation capacity of the structure. Constraints include strength conditions of columns and beams, minimum conditions for column-to-beam flexural strength ratio, and conditions for preventing plastic hinge occurrence of columns. Linear static analysis is performed to evaluate the strength of members, whereas nonlinear static analysis is carried out to evaluate energy dissipation capacity and occurrence of plastic hinges. The proposed method was applied to a four-story example structure, and it was confirmed that solutions for inducing a beam-hinge collapse mechanism are obtained. The value of the column-beam flexural strength ratio of the obtained design was found to be larger than the value suggested by existing seismic codes. A more robust strategy is needed to induce a beam-hinge collapse mode.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.77-83
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2024
The design shear strength equations of RC shear walls have been developed based on their performance under in-plane (IP) loads, thereby failing to account for the potential performance degradation of shear strength when subjected to simultaneous out-of-plane (OOP) loading. Most of the previous experimental studies on RC walls have been conducted in one direction under quasi-static conditions, and due to the difficulty in experimental planning, there is a lack of research on cyclic loading and results under multi-axial loading conditions. During an earthquake, shear walls may yield earlier than their design strength or fail unexpectedly when subjected to multi-directional forces, deviating from their intended failure mode. In this paper, nonlinear analysis in finite element models was performed based on the results of cyclic loading experiments on reinforced concrete shear walls of auxiliary buildings. To investigate the reduction trend in IP shear capacity concerning the OOP load ratio, parametric analysis was conducted using the shear wall FEM. The analysis results showed that as the magnitude of the OOP load increased, the IP strength decreased, with a more significant effect observed as the size of the opening increased. Thus, the necessity to incorporate this strength reduction as a factor for the OOP load effect in the wall design strength equation should be discussed by performing various parametric studies.
This paper is concerned with the optimal seismic design of added viscous dampers in yielding plane frames. The total added damping is minimized for allowable values of local performance indices under the excitation of an ensemble of ground motions in both regular and irregular structures. The local performance indices are taken as the maximal inter-story drift of each story and/or the normalized hysteretic energy dissipated at each of the plastic hinges. Gradients of the constraints with respect to the design variables (damping coefficients) are derived, via optimal control theory, to enable an efficient first order optimization scheme to be used for the solution of the problem. An example of a ten story three bay frame is presented. This example reveals the following 'fully stressed characteristics' of the optimal solution: damping is assigned only to stories for which the local performance index has reached the allowable value. This may enable the application of efficient and practical analysis/redesign type methods for the optimal design of viscous dampers in yielding plane frames.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.9
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pp.862-873
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2007
Energy dissipation devices can be considered as an alternative for the seismic performance enhancement of existing structures based on the strengthened seismic design code. In this study, seismic response mitigation effects of friction dampers are investigated through the shaking table test of a full scale 3 story building structure. Frist, the bilinear force-displacement relationship of a structure-brace-friction damper system and the effect of brace-friction damper on the increase of frequency and damping ratio are identified. Second, frequency, displacement, and torque dependent characteristics of the friction damper are investigated by using harmonic load excitation tests. Finally, the shaking table tests are performed for a full scale 3 story steel frame. System identification results using random signal excitation indicated that brace-friction damper increased structural damping ratio and frequency, and El Centro earthquake test showed that brace-friction damper reduced the peak displacement and acceleration significantly. In particular, it was observed that the damping effect due to friction damper becomed obvious when the structure was excited by more intensive load causing frequent slippage of the friction dampers.
Park, Keun-Bo;Sim, Jae-Uk;Cha, Seung-Hun;Kim, Soo-Il
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.24
no.8
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pp.137-148
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2008
In this study, 28 earthquake records with magnitudes from 5.3 to 7.9 are selected for dynamic analysis in order to assess applicability of the earthquakes for domestic seismic design. The assessment is performed using the seismic spectrum analysis of energy and acceleration. Based on results of the analysis, four acceleration time histories, which satisfy the Korean design standard response spectrum, are proposed. From the dynamic analysis using earthquake magnitudes from 6.4 to 7.9, it is found that horizontal displacements corresponding to earthquake magnitudes greater than 7 are two times larger than those with magnitude 6.5. Therefore, it can be stated that use of strong earthquakes, such as Miyagiken-ken-oki earthquake (Ofunato, $M_{JMA}=7.4$) and Tokachi-oki earthquake (Hachinohe, $M_{JMA}=7.9$), for the seismic design in Korea is not applicable, and may prove to be excessively conservative due to overestimated seismic force. From the dynamic analyses using the proposed acceleration time histories, effects of caisson quay wall dimension and the subsoil condition are investigated as well. The simplified design charts to evaluate horizontal displacements of caisson quay wall are also proposed based on earthquake magnitude 6.5 that is appropriate in Korea.
Seismic design code has been performed since 1988 in Korea, so it has not been applied to low-rise reinforced concrete buildings which had been built before 1988. Those building have been designed only for gravity loads based on non-seismic code, Therefore, even minor earthquake occurred, those buildings might have serious damages. In this paper, to investigate the behavior of low-rise reinforced concrete moment resisting frame which had been built in according to the building code of Korea that had been published before 1988, two type of 1/2 scaled exterior beam-column subassemblies which have non-seismic detailing based on the building code of Korea were constructed and tested with reversed cycling loading under the displacement control method. The special features of joint with non-seismic detailing is that there is no transverse reinforcement in the joint. In tests, cracks pattern, strength degradation, loss of stiffness, energy dissipation and the slippage of beam and column bars were investigated. Cracks did not occurred in the joint even seismic loading of 0.12g which is considered as peak ground acceleration in Korea was applied. And increasing seismic loading above 0.12g shear crack happened in the joint which have not transverse beam.
This paper presents an experimental study on a 1/2 scale steel frame with archaized-style under the pseudo-dynamic loading. Four seismic waves, including El Centro wave, Taft wave, Lanzhou wave and Wenchuan wave, were input during the test. The hysteresis characteristic, energy dissipation acceleration response, displacement response, strength, stiffness and strain were analyzed. Based on the experiment, the elastoplastic dynamic time-history analysis was carried out with the software ABAQUS. The stress distribution and failure mode were obtained. The results indicate that the steel frame with archaized-style was in elastic stage when the peak acceleration of input wave was no more than 400 gal. Under Wenchuan wave with peak acceleration of 620 gal, the steel frame enters into the elastoplastic stage, the maximum inter-story drift was 1/203 and the bearing capacity still tended to increase. During the loading process, Dou-Gong yielded first and played the role of the first seismic fortification line, and then beam ends and column bottom ends yielded in turn. The steel frame with archaized-style has good seismic performance and meets the seismic design requirement of Chinese code.
Shaghaghian, Amir Hamzeh;Dehkordi, Morteza Raissi;Eghbali, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.28
no.6
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pp.691-708
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2018
An innovative Hybrid Passive Resistive configuration for Truss Girder Frames (HPR-TGFs) is introduced in the present study. The proposed system is principally consisting of Fluid Viscous Dampers (FVDs) and Buckling Restrained Braces (BRBs) as its seismic resistive components. Concurrent utilization of these devices will develop an efficient energy dissipating mechanism which is able to mitigate lateral displacements as well as the base shear, simultaneously. However, under certain circumstances which the presence of FVDs might not be essential, the proposed configuration has the potential to incorporate double BRBs in order to achieve the redundancy of alternative load bearing paths. This study is extending the modern Direct Displacement Based Design (DDBD) procedure as the design methodology for HPR-TGF systems. Based on a series of nonlinear time history analysis, it is demonstrated that the design outcomes are almost identical to the pre-assumed design criteria. This implies that the ultimate characteristics of HPR-TGFs such as lateral stiffness and inter-story drifts are well-proportioned through the proposed design procedure.
The tension-only braced frames (TOBFs) are widely used as a lateral force resisting system (LFRS) in low-rise steel buildings due to their simplicity and economic advantage. However, the system has poor seismic energy dissipation capacity and pinched hysteresis behavior caused by early buckling of slender bracing members. The main concern in utilizing the TOBF system is the determination of appropriate performance factors for seismic design. A formalized approach to quantify the seismic performance factor (SPF) based on determining an acceptable margin of safety against collapse is introduced by FEMA P695. The methodology is applied in this paper to assess the SPFs of the TOBF systems. For this purpose, a trial value of the R factor was first employed to design and model a set of TOBF archetype structures. Afterwards, the level of safety against collapse provided by the assumed R factor was investigated by using the non-linear analysis procedure of FEMA P695 comprising incremental dynamic analysis (IDA) under a set of prescribed ground motions. It was found that the R factor of 3.0 is appropriate for safe design of TOBFs. Also, the system overstrength factor (Ω0) was estimated as 2.0 by performing non-linear static analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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