Existing methods to estimate the probability of seismic pounding occurrence of adjacent buildings do not account for nonlinear behavior or only apply to simple lumped mass systems. The present study proposes an efficient method based on subset simulation for fragility and risk assessment of seismic pounding occurrence between nonlinear adjacent buildings neglecting pounding effects with application to finite element models. The proposed method is first applied to adjacent buildings modeled as elastoplastic systems with substantially different dynamic properties for different structural parameters. Seismic pounding fragility and risk of adjacent frame structures with different floor levels is then assessed, paying special attention to modeling the non-linear material behavior in finite element models. Difference in natural periods and impact location are identified to affect the pounding fragility simultaneously. The reliability levels of the minimum code-specified separation distances are also determined. In addition, the incremental dynamic analysis method is extended to assess seismic pounding fragility of the adjacent frame structures, resulting in higher fragility estimates for separation distances larger than the minimum code-specified ones in comparison with the proposed method.
Earthquake response of mid-rise to high-rise buildings provided with friction dampers is investigated. The steel buildings are modelled as shear-type structures and the investigation involved modelling of the structures of varying heights ranging from five storeys to twenty storeys, in steps of five storeys, subjected to real earthquake ground motions. Three basic types of structures considered in the study are: moment resisting frame (MRF), braced frame (BF), and friction damper frame (FDF). Mathematical modelling of the friction dampers involved simulation of the two distinct phases namely, the stick phase and the slip phase. Dynamic time history analyses are carried out to study the variation of the top floor acceleration, top floor displacement, storey shear, and base-shear. Further, energy plots are obtained to investigate the energy dissipation by the friction dampers. It is seen that substantial earthquake response reduction is achieved with the provision of the friction dampers in the mid-rise and high-rise buildings. The provision of the friction dampers always reduces the base-shear. It is also seen from the fast Fourier transform (FFT) of the top floor acceleration that there is substantial reduction in the peak response; however, the higher frequency content in the response has increased. For the structures considered, the top floor displacements are lesser in the FDF than in the MRF; however, the top floor displacements are marginally larger in the FDF than in the BF.
Leonardo M. Massone;Diego Aceituno;Julian Carrillo
Advances in Computational Design
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v.8
no.1
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pp.13-36
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2023
The Puebla-Morelos Earthquake (Mw 7.1) occurred in Mexico in 2017 causing 44 buildings to collapse in Mexico City. This work evaluates the non-linear response of a 6-story reinforced concrete (RC) frame prototype model with masonry infill walls on upper floors. The prototype model was designed using provisions prescribed before 1985 and was subjected to seismic excitations recorded during the earthquakes of 1985 and 2017 in different places in Mexico City. The building response was assessed through a damage index (DI) that considers low-cycle fatigue of the steel reinforcement in columns of the first floor, where the steel was modeled including buckling as was observed in cases after the 2017 earthquake. Isocurves were generated with 72 seismic records in Mexico City representing the level of iso-demand on the structure. These isocurves were compared with the location of 16 collapsed (first-floor column failure) building cases consistent with the prototype model. The isocurves for a value greater than 1 demarcate the location where fatigue failure was expected, which is consistent with the location of 2 of the 16 cases studied. However, a slight increase in axial load (5%) or decrease in column cross-section (5%) had a significant detrimental effect on the cumulated damage, increasing the intensity of the isocurves and achieving congruence with 9 of the 16 cases, and having the other 7 cases less than 2 km away. Including column special detailing (tight stirrup spacing and confined concrete) was the variable with the greatest impact to control the cumulated damage, which was consistent with the absence of severe damage in buildings built in the 70s and 80s.
Five previously-tested reinforced concrete frames were modelled using a nonlinear finite element analysis procedure to demonstrate the accurate response simulations for seismically-deficient frames through pushover analyses. The load capacities, story drifts, and failure modes were simulated. This procedure accounts for the effects of shear failures and the shear-axial force interaction, and thus is suitable for modeling seismically-deficient frames. It is demonstrated that a comprehensive analysis method with a capability of simulating material constitutive response and significant second-order mechanisms is essential in achieving a satisfactory response simulation. It is further shown that such analysis methods are invaluable in determining the expected seismic response, safety, and failure mode of the frame structures for a performance-based seismic evaluation. In addition, a new computer program was developed to aid researchers and engineers in the direct displacement-based seismic design process by assessing whether a frame structure meets the code-based performance requirements by analyzing the analysis results. As such, the proposed procedure facilitates the performance-based design of new buildings as well as the numerical assessment and retrofit design of existing buildings. A sample frame analysis was presented to demonstrate the application and verification of the approach.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.609-613
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2004
An economic analysis is one of the most dominant factors to determine the project feasibility of super tall building. In economic considerations, it is very important toadopt optimum structural floor systems because these are dependent on both the cost and the duration of construction. The economics affected by structural floor systems are more distinct athigher story. As the story increases, the construction cost of floor system. is accumulated linearly, while the cost of lateral resisting system is increased geometrically. The purpose of this study is to investigate the economical effects of super tall buildings through application of optimum structural floor systems. Three types of structural systems(RC beam-column frame, RC flat plate frame, and Steel frame) of super tall buildings having 50-stories are considered in this study and compared to RC flat plate slab with other systems. Analytical result shows that RC flat plate slab using lightweight concrete ismost effective in both the cost and the duration of construction.
In this study, the seismic performance of RC school buildings which were not designed according to earthquake-resistance design code were evaluated by using response spectrum and push-over analyses. The torsional amplification effect due to plan irregularity is considered and then the efficiency of seismic retrofitting methods such as RC shear wall, steel frame, RC frame and PC wing wall was investigated. The analysis result indicate that the inter-story drift concentrated in the first floor and most plastic hinge forms at the column of the first story. Among the retrofitting methods, the PC wing wall has the highest seismic performance in strength and story drift aspect. Especially, it can make building ductile behavior due to the concentrated inter-story drift at the first column hinge is distributed overall stories. The axial force, shear force and moment magnitude of existing elements significantly decreased after retrofitting. However, the axial and shear force of the elements connected to the additional retrofitting elements increased, and especially the boundary columns at the end of the retrofitting shear wall should be reinforced for assuring the enhancement of seismic performance.
The effectiveness of seismic retrofitting of RC-frame buildings by converting selected bays into new walls through infilling with RC walls was studied experimentally using a full-scale four-storey model tested with the pseudo-dynamic (PsD) method. The frames were designed and detailed for gravity loads only using different connection details between the walls and the bounding frame. In order to simulate the experimental response, two numerical models were formulated differing at the level of modelling. The purpose of this paper is to illustrate the capabilities of these models to simulate the experimental nonlinear behaviour of the tested RC building strengthened with RC infill walls and comment on their effectiveness. The comparison between the capacity, in terms of peak ground acceleration, of the strengthened frame and the one of the bare frame, which was obtained numerically, has shown a five-fold increase.
Teeuwen, P.A.;Kleinman, C.S.;Snijder, H.H.;Hofmeyer, H.
Steel and Composite Structures
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v.10
no.1
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pp.1-21
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2010
As an alternative for conventional structures for tall buildings, a hybrid lateral load resisting structure has been designed, enabling the assembly of tall buildings directly from a truck. It consists of steel frames with discretely connected precast concrete infill panels provided with window openings. Besides the stiffening and strengthening effect of the infill panels on the frame structure, economical benefits may be derived from saving costs on materials and labour, and from reducing construction time. In order to develop design rules for this type of structure, the hybrid infilled frame has recently been subjected to experimental and numerical analyses. Ten full-scale tests were performed on one-storey, one-bay, 3 by 3 m infilled frame structures, having different window opening geometries. Subsequently, the response of the full-scale experiments was simulated with the finite element program DIANA. The finite element simulations were performed taking into account non-linear material characteristics and geometrical non-linearity. The experiments show that discretely connected precast concrete panels provided with a window opening, can significantly improve the performance of steel frames. A comparison between the full-scale experiments and simulations shows that the finite element models enable simulating the elastic and plastic behaviour of the hybrid infilled frame.
Ecemis, Ali Serdar;Korkmaz, Hasan Husnu;Dere, Yunus
Computers and Concrete
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v.27
no.4
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pp.343-353
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2021
In this study, in order to improve the seismic performance of existing reinforced concrete (RC) framed structures, various external attachment of corner steel frame configurations was considered as a user-friendly retrofitting method. The external steel frame is designed to contribute to the lateral stiffness and load carrying capacity of the existing RC structure. A six-story building was taken into account. Four different external corner steel frame configurations were suggested in order to strengthen the building. The 3D models of the building with suggested retrofitting steel frames were developed within ABAQUS environment using solid finite elements and analyzed under horizontal loadings nonlinearly. Horizontal top displacement vs loading curves were obtained to determine the overall performance of the building. Contributions of steel and RC frames to the carried loads were computed individually. Load/capacity ratios for the ground floor columns were presented. In the study, 3D rendered images of the building with the suggested retrofits are created to better visualize the real effect of the retrofit on the final appearance of the façade of the building. The analysis results have shown that the proposed external steel frame retrofit configurations increased the lateral load carrying capacity and lateral stiffness and can be used to improve the seismic performance of RC framed buildings.
4- and 8-storey reinforced-concrete frame buildings are analyzed under the suites of the near-fault pulse-like, and the corresponding spectrally equivalent far-fault ground-motion records. Seismic fragility curves for the slight, moderate, extensive, and complete damage states are developed, and the damage probability matrices, and the mean loss ratios corresponding to the Design Basis Earthquake and the Maximum Considered Earthquake hazard levels are compared, for the investigated buildings and sets of ground-motion records. It is observed that the spectrally equivalent far-fault ground-motion records result in comparable estimates of the fragility curve parameters, as that of the near-fault pulse-like ground-motion records. As a result, the derived damage probability matrices and mean loss ratios using two suites of ground-motion records differ only marginally (of the order of ~10%) for the investigated levels of seismic hazard, thus, implying the potential for application of the spectrally equivalent ground-motion records, for seismic fragility and risk assessment at the near-fault sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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