In this study, inelastic displacement ratios are investigated for existing systems with known lateral strength considering soil structure interaction. For this purpose, SDOF systems for period range of 0.1-3.0 s with different hysteretic behaviors are considered for a number of 18 earthquake motions recorded on soft soil. The effect of stiffness degradation on inelastic displacement ratios is investigated. The Modified Clough model is used to represent structures that exhibit significant stiffness degradation when subjected to reverse cyclic loading and the elastoplastic model is used to represent non-degrading structures. Soil structure interaction analyses are conducted by means of equivalent fixed base model effective period, effective damping and effective ductility values differing from fixed-base case. For inelastic time history analyses, Newmark method for step by step time integration was adapted in an in-house computer program. A new equation is proposed for inelastic displacement ratio of system with SSI with elastoplastic or degrading behavior as a function of structural period ($\tilde{T}$), strength reduction factor (R) and period lengthening ratio ($\tilde{T}$/T). The proposed equation for $\tilde{C}_R$ which takes the soil-structure interaction into account should be useful in estimating the inelastic deformation of existing structures with known lateral strength.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.04a
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pp.45-52
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1995
The stability and integrity of precast large panel structures are analyzed with nonlinear mathematical model considering the inelastic properties of horizontal joints. In this research, an analysis for cyclic loading test was carried out by the macro model that idealized the horizontal joints as inelastic-nonlinear spring systems. As a results, the strain hardening ratio of shear slip element was estimated as about 0.05%- 0.2% of initial shear stiffness. And under lateral load, the rocking motion due ti overturning moment was dominant rather than shear slip motion in the behavior of precast structures.
Kim, Dong-Kwan;Eom, Tae-Sung;Lim, Young-Joo;Lee, Han-Seon;Park, Hong-Gun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.23
no.5
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pp.569-579
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2011
Reinforced concrete walls subjected to cyclic loading show complicated inelastic behaviors varying with aspect ratio, re-bar detail, and loading condition. In the present study, a macro model for nonlinear analysis of reinforced concrete walls was developed. For exact prediction of inelastic flexure-compression and shear behaviors, the macro model of the wall was idealized with longitudinal and diagonal uniaxial elements. The uniaxial elements consist of concrete and re-bars. Simplified cyclic models for concrete and re-bars under uniaxial loading was used. For verification, the proposed model was applied to slender, lowrise, and coupled walls subjected to cyclic loading. The results showed that the proposed method predicted the nonlinear behaviors of the walls with reasonable precision.
This paper presents a numerical model for simulating the nonlinear response of reinforced concrete (RC) shear walls subject to cyclic loadings. The material behavior of cracked concrete is described by an orthotropic constitutive relation with tension-stiffening and compression softening effects defining equivalent uniaxial stress-strain relation in the axes of orthotropy. Especially in making analytical predictions for inelastic behaviors of RC walls under reversed cyclic loading, some influencing factors inducing the material nonlinearities have been considered. A simple hysteretic stress-strain relation of concrete, which crosses the tension-compression region, is defined. Modification of the hysteretic stress-strain relation of steel is also introduced to reflect a pinching effect depending on the shear span ratio and to represent an average stress distribution in a cracked RC element, respectively. To assess the applicability of the constitutive model for RC element, analytical results are compared with idealized shear panel and shear wall test results under monotonic and cyclic shear loadings.
A beam-column fiber element for the large displacement, nonlinear inelastic analysis of Concrete-Filled Steel Tubes (CFT) is implemented. The method of description is Total Lagrangian formulation. An 8 degree of freedom (DOF) element with three nodes, which has 3 DOF per end node and 2 DOF on the middle node, has been chosen. The quadratic Lagrangian shape functions for axial deformation and the quartic Hermitian shape function for the transverse deformation are used. It is assumed that the perfect bond is maintained between steel shell and concrete core. The constitutive models employed for concrete and steel are based on the results of a recent study and include the confinement and biaxial effects. The model is implemented to analyze several CFT columns under constant and non-proportional fluctuating concentric axial load and cyclic lateral load. Good agreement has been found between experimental results and theoretical analysis.
An advanced numerical method is proposed in this paper for the second-order inelastic dynamic analysis of cable-stayed bridges using rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) columns under earthquake loadings for the first time. The proposed method can exactly predict the nonlinear response of the bridges by using only one element per member in simulating the structural model. This comes from considering both the geometric and material nonlinearities in a fiber beam-column element and a catenary cable element. In the fiber beam-column element, the geometric nonlinearities are captured by applying the stability functions, whereas the material nonlinearities are evaluated by tracing the uniaxial cyclic stress-strain curves of each fiber on the cross-sections, which are located at the integration points along the member length. A computer program was developed based on Newmark's average acceleration algorithm to solve the nonlinear equations of motion. The accuracy and computational efficiency of the proposed program were verified by comparing the predicted results with the experimental results, and the results obtained from the commercial software SAP2000 and ABAQUS. The proposed program is promising as a useful tool for practical designs for the nonlinear inelastic dynamic analysis of cable-stayed bridges.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.287-295
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2001
The purpose of this paper to describe an analytical model that is capable of reproducing the hysteretic behavior of beam-column joints under cyclic loading and to suggest the variable of hysteretic model for the inelastic analysis of R/C frame structures to do this quasi-static analysis using IDARC program was performed for the beam-column joints. The effort to obtain the result of analysis similar to those of experiment was made by determining the value for hysteretic parameters representing stiffness degradation, strength deterioration and pinching effect. The accuracy and reliability of the proposed analytical model was demonstrated by comparison of load-displacement relation, maximum strength, stiffness degradation and energy dissipation.
In this paper, seismic energy response of inelastic steel structures under earthquake excitations is investigated. For this purpose, a numerical procedure based on nonlinear dynamic analysis is developed by considering material, geometric and connection nonlinearities. Material nonlinearity is modeled by the inversion of Ramberg-Osgood equation. Nonlinearity caused by the interaction between the axial force and bending moment is also defined considering stability functions, while the geometric nonlinearity caused by axial forces is described using geometric stiffness matrix. Cyclic behaviour of steel connections is taken into account by employing independent hardening model. Dynamic equation of motion is solved by Newmark's constant acceleration method in the time history domain. Energy response analysis of space frames is performed by using this proposed numerical method. Finally, for the first time, the distribution of the different energy types versus time at the duration of the earthquake ground motion is obtained where in addition error analysis for the numerical solutions is carried out and plotted depending on the relative error calculated as a function of energy balance versus time.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.3
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pp.11-21
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2002
The evaluation of displacement ductility is performed by direct method through tracking the inelastic hysteretic behavior of RC bridge columns subject to cyclic loading using a flexibility-based fiber element mode. To reasonably track the inelastic behavior until the RC bridge column reaches its ultimate state, the average stress-average strain relations and joint elements, which agree well with experiments, are modified and applied considering the tension stiffening behavior and discontinuous displacement between the column and its base. In addition the evaluation of displacement ductility is performed by a direct method easily applicable to numerical analysis. Locations for the integration points, values for the post-crushing concrete strength and low-cycle fatigue failure of longitudinal reinforcement that affect the calculation of yielding and ultimate displacements are proposed for the application to flexibility-based fiber element model. Since less than 10% of error occurs during the displacement ductility analysis, the yielding and ultimate displacements evaluated by the applied analysis method and model appear to be valid.
Thermomechanical fatigue (TMF) behavior of heat resistant austenitic stainless steel was evaluated in the temperature range from 100$^{\circ}C$ to peak temperatures of 600 to 800$^{\circ}C$; The fatigue lives under TMF conditions were plotted against the plastic strain range and the dissipated energy per cycle. In the expression of the inelastic strain range versus fatigue life, the TMF data obtained at different temperature ranges were located close to a single line with a small deviation; however, when the dissipated energy per cycle, calculated from the area of the stress-strain hysteresis loops at the half of the fatigue life, was plotted against the fatigue life, the data showed greater scattering than the TMF life against the inelastic strain range. A noticeable stress relaxation in the stress-strain hysteresis curve took place at the peak temperatures higher than 700$^{\circ}C$, but all specimens in this study exhibited cyclic hardening behavior with TMF cycles. Recrystallization occurred during the TMF cycle concurrent with the formation of fine subgrains in the recrystallized region, which is considered to cause the cyclic hardening of the steel.
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