In this paper the effects of fling-step and forward-directivity on the seismic performance of steel eccentrically braced frames (EBFs) are addressed. Four EBFs with various numbers of stories (4-, 8-, 12- and 15-story) were designed for an area with high seismic hazard. Fourteen near-fault ground motions including seven with forward-directivity and seven with fling-step effects are selected to carry out nonlinear time history (NTH) analyses of the frames. Furthermore, seven more far-field records were selected for comparison. Findings from the study reveal that the median maximum links rotation of the frames subjected to three set of ground motions are in acceptable range and the links completely satisfy the requirement stated in FEMA 356 for LS performance level. The arrival of the velocity pulse in a near-fault record causes few significant plastic deformations, while many reversed inelastic cycles result in low-cycle fatigue damage in far-fault records. Near-fault records in some cases are more destructive and the results of these records are so dispersed, especially the records having fling-step effects.
Tajammolian, H.;Khoshnoudian, F.;Talaei, S.;Loghman, V.
Earthquakes and Structures
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제7권6호
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pp.1259-1281
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2014
This research has been conducted in order to investigate the effects of peak ground velocity (PGV) of near-field earthquakes on base-isolated structures mounted on Single Friction Pendulum (SFP), Double Concave Friction Pendulum (DCFP) and Triple Concave Friction Pendulum (TCFP) bearings. Seismic responses of base-isolated structures subjected to simplified near field pulses including the forward directivity and the fling step pulses are considered in this study. Behaviour of a two dimensional single story structure mounting on SFP, DCFP and TCFP isolators investigated employing a variety range of isolators and the velocity (PGV) of the forward directivity and the fling step pulses as the main variables of the near field earthquakes. The maximum isolator displacement and base shear are selected as main seismic responses. Peak seismic responses of different isolator types are compared to emphasize the efficiency of each one under near field earthquakes. It is demonstrated that rising the PGVs increases the isolator displacement and base shear of structure. The effects of the forward directivity are greater than the fling step pulses. Furthermore, TCFP isolator is more effective to control the near field effects than the other friction pendulum isolators are. This efficiency is more significant in pulses with longer period and greater PGVs.
In this study, it is intended to perform nonlinear time-history analyses of nuclear power plant structures (NPP) under near-fault earthquakes showing directivity pulse and fling-step characteristics. Simulation procedures based on cycloidal pulse and far-fault ground motions are also used to simulate near-fault motions showing forward-directivity and fling-step characteristics and the structural responses are compared with those of the recorded near-fault ground motions. Because it is aimed to determine specifically the pulse type characteristics of near-fault ground motions on NPPs, all the ground motions are normalized to have a PGA of 0.3 g. Depending on the obtained results it can be underlined that although near-fault ground motion has the potential to cause damage mostly on structural systems having larger periods, it may also have noticeable effects on the responses of rigid structures, like NPP containment buildings. On the other hand, simulated near-fault motions can help us to get an insight into the near-fault mechanism as well as an approximate visualization of the structural responses under near-fault earthquakes.
Semi-active control equipments are used to effectually enhance the seismic behavior of structures. Magneto-rheological (MR) dampers are semi-active devices that can be utilized to control the response of structures during seismic loads and have received voracious attention for response suppression. They supply the adaptability of active devices and stability and reliability of passive devices. This paper presents an optimal fuzzy logic control scheme for vibration mitigation of buildings using magneto-rheological dampers subjected to near-fault ground motions. Near-fault features including a directivity pulse in the fault-normal direction and a fling step in the fault-parallel direction are considered in the requisite ground motion records. The membership functions and fuzzy rules of fuzzy controller were optimized by genetic algorithm (GA). Numerical study is performed to analyze the influences of near-fault ground motions on a building that is equipped with MR dampers. Considering the uncontrolled system response as the base line, the proposed method is scrutinized by analogy with that of a conventional maximum dissipation energy (MED) controller to accentuate the effectiveness of the fuzzy logic algorithm. Results reveal that the fuzzy logic controllers can efficiently improve the structural responses and MR dampers are quite promising for reducing seismic responses during near-fault earthquakes.
An ultra-high voltage (UHV) transmission system has the advantages of low circuitry loss, high bulk capacity and long-distance transmission capabilities over conventional transmission systems, but it is easier for this system to cross fault rupture zones and become damaged during earthquakes. This paper experimentally and numerically investigates the seismic responses and collapse failure of a UHV transmission tower-line system crossing a fault. A 1:25 reduced-scale model is constructed and tested by using shaking tables to evaluate the influence of the forward-directivity and fling-step effects on the responses of suspension-type towers. Furthermore, the collapse failure tests of the system under specific cross-fault scenarios are carried out. The corresponding finite element (FE) model is established in ABAQUS software and verified based on the Tian-Ma-Qu material model. The results reveal that the seismic responses of the transmission system under the cross-fault scenario are larger than those under the near-fault scenario, and the permanent ground displacements in the fling-step ground motions tend to magnify the seismic responses of the fault-crossing transmission system. The critical collapse peak ground acceleration (PGA), failure mode and weak position determined by the model experiment and numerical simulation are in relatively good agreement. The sequential failure of the members in Segments 4 and 5 leads to the collapse of the entire model, whereas other segments basically remain in the intact state.
Near-field ground motions exhibit special characteristics that are different from ordinary far-field ground motions. This paper first briefly examines the characteristics of near-field ground motions associated with fault directivity and fling-step effects. Then evaluation of near-field ground motions by inelatstic response spectrum analysis is performed and analyzed. As a result, ductility demand in near-field ground motions is larger in hanging wall than in foot wall in long period regions. Also in long period regions ductility demand in soil site is larger than that in rock site.
Eskandari, Reyhaneh;Vafaei, Davoud;Vafaei, Javid;Shemshadian, Mohammad Ebrahim
Earthquakes and Structures
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제12권2호
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pp.191-200
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2017
In this paper, the seismic performance of reinforced concrete braced frames (RC-BF) under far- and near-fault motions was investigated. Four-, eight-, 12- and 16-story RC-BFs were designed on the basis of a code-design method for a high risk seismic zone. Nonlinear static and dynamic analyses of the frames have been performed using OpenSees software. To consider diverse characteristics of near-fault motions, records with forward-directivity and fling-step effects were employed. From the results obtained in the analytical study it is concluded that the used design method was reasonable and the mean maximum drift of the frames under all ground motion sets were in acceptable range. For intermediate- and high-rise buildings the near-fault motions imposed higher demands than far-faults.
In this paper, the effects of mass eccentricity of superstructure as well as stiffness eccentricity of isolators on the amplification of seismic responses of base-isolated structures are investigated by using mathematical near-fault pulse models. Superstructures with 3, 6 and 9 stories and aspect ratios equal to 1, 2 and 3 are mounted on a reasonable variety of Triple Concave Friction Pendulum (TCFP) bearings considering different period and damping ratio. Three-dimensional linear superstructure mounted on nonlinear isolators are subjected to simplified pulses including fling step and forward directivity while various pulse period ($T_p$) and Peak Ground Velocity (PGV) amounts as two crucial parameters of these pulses are scrutinized. Maximum isolator displacement and base shear as well as peak superstructure acceleration and drift are selected as the main engineering demand parameters. The results indicate that the torsional intensification of different demand parameters caused by superstructure mass eccentricity is more significant than isolator stiffness eccentricity. The torsion due to mass eccentricity has intensified the base shear of asymmetric 6-story model 2.55 times comparing to symmetric one. In similar circumstances, the isolator displacement and roof acceleration are increased 49 and 116 percent respectively in the presence of mass eccentricity. Furthermore, it is demonstrated that torsional effects of mass eccentricity can force the drift to reach the allowable limit of ASCE 7 standard in the presence of forward directivity pulses.
Sharma, Vijay;Shrimali, Mahendra K.;Bharti, Shiv D.;Datt, Tushar K.
Steel and Composite Structures
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제36권4호
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pp.399-415
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2020
Responses of semi-rigid frames having different degrees of semi-rigidity obtained by the nonlinear static analysis (NSA) are evaluated at specific target displacements by comparing them with those obtained by the nonlinear time-history analysis (NTHA) for scaled earthquakes. The peak ground accelerations (PGA) of the earthquakes are scaled such that the obtained peak top story displacements match with the target displacements. Three different types of earthquakes are considered, namely, far-field and near-field earthquakes with directivity and fling-step effects. In order to make the study a comprehensive one, three degrees of semi-rigidity (one fully rigid and the other two semi-rigid), and two frames having different heights are considered. An ensemble of five-time histories of ground motion is included in each type of earthquake. A large number of responses are considered in the study. They include the peak top-story displacement, maximum inter-story drift ratio, peak base shear, total number of plastic hinges, and square root of sum of the squares (SRSS) of the maximum plastic hinge rotations. Results of the study indicate that the nonlinear static analysis provides a fairly good estimate of the peak values of top-story displacements, inter-story drift ratio (for shorter frame), peak base shear and number of plastic hinges; however, the SRSS of maximum plastic hinge rotations in semi-rigid frames are considerably more in the nonlinear static analysis as compared to the nonlinear time history analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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