Kim, Bu-Sik;Noh, Phil-Sung;Jun, Dae-Han;Song, Ho-San
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.2
no.2
s.4
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pp.45-49
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2002
Current seismic design codes for building structures are based on the methods which can provide enough capacity to satisfy objected performance level and exactly evaluate the seismic performance of buildings. This paper is to suggest the method of inference of inelastic earthquake response obtained from MDOF system by equivalent SDOF system, and to prove the validity. The analysis results form simple model shows a good application possibility.
This paper addresses the concept of lateral overstrength; the ratio of actual lateral strength to design base shear force, for both SDOF and MDOF systems considering soil structure interaction. Overstrength factors are obtained with inelastic time history analysis for SDOF systems for period range of 0.1-3.0 s, five different aspect ratios (h/r=1, 2, 3, 4, 5) and five levels of ductility (${\mu}$=2, 3, 4, 5, 6) considering soil structure interaction. Structural overstrength for MDOF systems are obtained with inelastic time history collapse analysis for sample 1, 3, 6, 9, 12 and 15 storey RC frame systems. In analyses, 64 ground motions recorded on different site conditions such as rock, stiff soil, soft soil and very soft soil are used. Also lateral overstrength ratios considering soil structure interaction are compared with those calculated for fixed-base cases.
The capacity spectrum method(CSM) can be used for the evaluation of inelastic maximum response of structures and has been recently used in the seismic design using the incorporation of pushover analysis and response spectrum method. To efficiently evaluate seismic performance of multi-degree-of freedom(MDOF) bridge structures, it is important that the equivalent response of MDOF bridge structures should be calculated. To calculate the equivalent response of MDOF system, equivalent responses are obtained by using Song method, Fajfar method and Calvi method. Also, those responses are applied to CSM method and seismic performance of bridge according to the ESDOF method are compared and evaluated straightforwardly.
Methods for the seismic demands evaluation of structures require iterative procedures. Many studies dealt with the development of different inelastic spectra with the aim to simplify the evaluation of inelastic deformations and performance of structures. Recently, the concept of inelastic spectra has been adopted in the global scheme of the Performance-Based Seismic Design (PBSD) through Capacity-Spectrum Method (CSM). For instance, the Modal Pushover Analysis (MPA) has been proved to provide accurate results for inelastic buildings to a similar degree of accuracy than the Response Spectrum Analysis (RSA) in estimating peak response for elastic buildings. In this paper, a simplified nonlinear procedure for evaluation of the seismic demand of structures is proposed with its applicability to multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. The basic concept is to write the equation of motion of (MDOF) system into series of normal modes based on an inelastic modal decomposition in terms of ductility factor. The accuracy of the proposed procedure is verified against the Nonlinear Time History Analysis (NL-THA) results and Uncoupled Modal Response History Analysis (UMRHA) of a 9-story steel building subjected to El-Centro 1940 (N/S) as a first application. The comparison shows that the new theoretical approach is capable to provide accurate peak response with those obtained when using the NL-THA analysis. After that, a simplified nonlinear spectral analysis is proposed and illustrated by examples in order to describe inelastic response spectra and to relate it to the capacity curve (Pushover curve) by a new parameter of control, called normalized yield strength coefficient (${\eta}$). In the second application, the proposed procedure is verified against the NL-THA analysis results of two buildings for 80 selected real ground motions.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.316-323
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2005
The capacity spectrum method (CSM) can be used for the evaluation of inelastic maximum response of structures and has been recently used in the seismic design using the incorporation of pushover analysis and response spectrum method. To efficiently evaluate seismic performance of multi-degree-of freedom (MDOF) bridge structures, it is important that the equivalent response of MDOF bridge structures be calculated. In this study to calculate the equivalent response of MDOF system, equivalent responses are obtained by the using Song method, N2 method and Calvi method. Also, these are applied the CSM method and seismic performance of bridge according to the ESDOF method are compared and evaluated.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.5
s.39
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pp.25-33
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2004
To evaluate the seismic capacity of a multistorey building structures in performance based seismic design, it is needed to convert MDOF model into equivalent SDOF model. This paper presents predictions for interstory drift of multistorey structures using method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model. The principal objective of this investigation is to evaluate appropriateness of converting method through performing nonlinear time history analysis of a multistory building structures and an equivalent SDOF model. Comparing the interstory drift of multistorey structures calculated by time history analysis and those evaluated by an equivalent SDOF model, the adequacy and the validity of converting method is verified. The conclusion of this study is following; A method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model through the nonlinear time history response analysis is valid. Inelastic first mode shapes are expected to be more accurate than elastic first mode shapes in obtaining interstory drift of multistorey structures from equivalent SDOF model.
As the desire for high performance buildings increases, it is increasingly evident that engineers require reliable methods for the estimation of seismic demands on both structural and non-structural components. To this extent, improved tools for the prediction of floor spectra would assist in the assessment of acceleration sensitive non-structural and secondary components. Recently, a new procedure was successfully developed and tested for the simplified construction of floor spectra, at various levels of elastic damping, atop single-degree-of-freedom structures. This paper extends the methodology to multi-degree-of-freedom (MDOF) supporting systems responding in the elastic range, proposing a simplified modal combination approach for floor spectra over upper storeys and accounting for the limited filtering of the ground motion input that occurs over lower storeys. The procedure is tested numerically by comparing predictions with floor spectra obtained from time-history analyses of RC wall structures of 2- to 20-storeys in height. Results demonstrate that the method performs well for MDOF systems responding in the elastic range. Future research should further develop the approach to permit the prediction of floor spectra in MDOF systems that respond in the inelastic range.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.04a
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pp.446-453
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2001
System-level ductility is an essential parameter for seismic performance evaluation of multistory building structures. The ductility demands for single degree of freedom structures or individual structural members can be determined easily. However, there is no clearly established method to determine the ductility demands for structural systems. The system ductility demands are estimated in this study by the equivalent SDOF system methods and proposed method which used the representative responses obtained from the MDOF systems directly. And seismic performance of building structures is evaluated by the modified Capacity Spectrum Method using the representative responses, and the result was compared with those of the inelastic time history analysis.
The accuracy of the 30% and SRSS rules, commonly used to estimate the combined response of structures, and some related issues, are studied. For complex systems and earthquake loading, the principal components give the maximum seismic response. Both rules underestimate the axial load by about 10% and the COV of the underestimation is about 20%. Both rules overestimate the base shear by about 10%. The uncertainty in the estimation is much larger for axial load than for base shear, and, for axial load, it is much larger for inelastic than for elastic behavior. The effect of individual components may be highly correlated, not only for normal components, but also for totally uncorrelated components. The rules are not always inaccurate for large values of correlation coefficients of the individual effects, and small values of such coefficients are not always related to an accurate estimation of the response. Only for perfectly uncorrelated harmonic excitations and elastic analysis of SDOF systems, the individual effects of the components are uncorrelated and the rules accurately estimate the combined response. In the general case, the level of underestimation or overestimation depends on the degree of correlation of the components, the type of structural system, the response parameter, the location of the structural member and the level of structural deformation. The codes should be more specific regarding the application of these rules. If the percentage rule is used for MDOF systems and earthquake loading, at least a value of 45% should be used for the combination factor.
Evaluating nonlinear response of a MDOF system under dynamic stochastic loads such as seismic excitation usually requires excessive computational efforts. To alleviate this computational difficulty, an approximation is developed in which the MDOF inelastic system is replaced by a simple nonlinear equivalent system(ENS).Me ENS retains the most important properties of the original system such as dynamic characteristics of the first two modes and the global yielding behavior of the MDOF system. The system response is described by the maximum global(building) and local(interstory) drifts. The equivalency is achieved by two response scaling factors, a global response scaling factor R/sub G/, and a local response scaling factor R/sub L/, applied to the responses of the ENS to match those of the original MDOF system. These response scaling factors are obtained as functions of ductility and mass participation factors of the first two modes of structures by extensive regression analyses based on results of responses of the MDOF system and the ENS to actual ground accelerations recorded in past earthquakes. To develop the ENS with two response scaling factors, Special Moment Resisting Steel Frames are considered. Then, these response scaling factors are applied to the response of ENS to obtain the nonlinear response of MDOF system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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