Seismic isolation is an effective method for the protection of buildings and their contents during strong earthquakes. This research work aims to assess the appropriateness of the linear and nonlinear models that can be used in the analysis of typical low-rise base isolated steel buildings, taking into account the inherent nonlinearities of the isolation system as well as the potential nonlinearities of the superstructure in case of strong ground motions. The accuracy of the linearization of the isolator properties according to Eurocode 8 is evaluated comparatively with the corresponding response that can be obtained through the nonlinear hysteretic Bouc-Wen constitutive model. The suitability of the linearized model in the determination of the size of the required seismic gap is assessed, under various earthquake intensities, considering relevant methods that are provided by building codes. Furthermore, the validity of the common assumption of elastic behavior for the superstructure is explored and the alteration of the structural response due to the inelastic deformations of the superstructure as a consequence of potential collision to the restraining moat wall is studied. The usage of a nonlinear model for the isolation system is found to be necessary in order to achieve a sufficiently accurate assessment of the structural response and a reliable estimation of the required width of the provided seismic gap. Moreover, the simulations reveal that the superstructure's inelasticity should be taken into account, especially if the response of the structure under high magnitude earthquakes is investigated. The consideration of the inelasticity of the superstructure is also recommended in studies of structural collision of seismically isolated structures to the surrounding moat wall, since it affects the response.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.4
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pp.35-44
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2008
A self-centering energy-dissipative(SCED) bracing system has recently been developed as a new seismic force resistant bracing system. The advantage of the SCED brace system is that, unlike other comparable advanced bracing systems that dissipate energy such as the buckling restrained brace(BRB) system, it has a self-centering capability that reduces or eliminates residual building deformations after major seismic events. In order to investigate the effects of torsion on the SCED brace and BRB systems, nonlinear time history analyses were used to compare the responses of 3D model structures with three different amounts of frame eccentricity. The results of the analysis showed that the interstory drifts of SCED braced frames are more uniform than those of BRB frames, without regard to irregularity. The residual drift and residual rotation responses tended to decrease as irregularity increased. For medium-rise structures, the drift concentration factors(DCFs) for SCED systems were lower than those for BRB frames. This means that SCED-braced frames deform in a more uniform manner with respect to building height. The effect of the torsional irregularity on the magnitude of the DCFs was small.
Park, Ji-Woong;Rhee, Doo-Jae;Chang, Suong-Su;Hu, Jong-Wan
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.3
no.3
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pp.9-21
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2012
Concrete filled steel tube (CFT) columns have been widely used in moment resisting frame structures both in seismic zones. This paper discusses the design of such members based on the advanced methods introduced in the 2005 AISC Specification and the 2005 Seismic Provisions. This study focuses particularly on design following both linear and nonlinear methods utilizing equivalent static and dynamic loads for low-rise moment frames. The paper begins with an examination of the significance of pseudo-elastic design interaction equations and the plastic ductility demand ratios due to combined axial compressive force and bending moment in CFT members. Based on advanced computational simulations for a series of five-story composite moment frames, this paper then investigates both building performance and new techniques to evaluate building damage during a strong earthquake. It is shown that 2D equivalent static analyses can provide good design approximations to the force distributions in moment frames subjected to large inelastic lateral loads. Dynamic analyses utilizing strong ground motions generally produce higher strength ratios than those from equivalent static analyses, but on more localized basis. In addition, ductility ratios obtained from the nonlinear dynamic analysis are sufficient to detect which CFT columns undergo significant deformations.
As stated in Part(I), the use of the isolator is meant to protect a structure from seismic risk, by concentrating the inelastic deformations to relatively cheap and replaceable devices while the rest of the structures remains elastic. This research has been carried out to investigate the effects of various structural parameters and isolator characteristics on the seismic response of Base Isolated Bridges. Simplified analysis method for practical design is developed by using the results. The Proposed Code-Type approach method can be used to estimate the inertial forces accurately, not only at the isolator but throughout the height of the Base-Isolated Bridges. The proposed method is recommended to use in preliminary design tool or even a final design tool for Base Isolated Bridges. For the validation of simplified design method, examples with artificial earthquake time history and design response spectrum for P.C Box Bridge with bilinear hysteretic steel damper are evaluated.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.39
no.3
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pp.72-82
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1997
In all inelastic deformations time rate effects are always present to some degree. Whether or not their exclusion has a significant influence on the prediction of the material behaviour depends upon several factors. In the study of structural components under static loading conditions at normal temperature it is accepted that time rate effects are generally not important. However metals, especially under high temperatures, exhibit simultaneously the phenomena of creep and viscoplasticity. In this study, elastoplastic and elasto-viscoplastic models include nonlinear geometrical effects were developed and several numerical examples are also included to verify the computer programming work developed here in this work. Comparisons of the calculated results, for the elasto-viscoplastic analysis of an internally pressurised thick cylinder under plane strain condition, have shown that the model yields excellent results. The results obtained from the numerical examples for an elasto-viscoplastic analysis of the Nuclear Reinforced Concrete Containment Structure(NRCCS) subjected to an incrementally applied internal pressure were summarized as follows : 1. The steady state hoop stress distribution along the shell layer of dome and dome wall junction part of NRCCS were linearly behave and the stress in interior surfaces was larger than that in exterior. 2.However in the upper part of the wall of NRCCS the steady state hoop stress in creased linearly from its inner to outer surfaces, being the exact reverse to the previous case of dome/dome-wall junction part. 3.At the lower part of wall of NRCCS, the linear change of steady state hoop stress along its wall layer began to disturb above a certain level of load increase.
Kawai, M.;Zhang, J.Q.;Saito, S.;Xiao, Y.;Hatta, H.
Advanced Composite Materials
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v.18
no.3
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pp.265-285
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2009
Off-axis compressive deformation behavior of a unidirectional CFRP laminate at high temperature and its strain-rate dependence in a quasi-static range are examined for various fiber orientations. By comparing the off-axis compressive and tensile behaviors at an equal strain rate, the effect of different loading modes on the flow stress level, rate-dependence and nonlinearity of the off-axis inelastic deformation is elucidated. The experimental results indicate that the compressive flow stress levels for relatively larger off-axis angles of $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$ are about 50 percent larger than in tension for the same fiber orientations, respectively. The nonlinear deformations under off-axis tensile and compressive loading conditions exhibit significant strain-rate dependence. Similar features are observed in the fiber-orientation dependence of the off-axis flow stress levels under tension and compression and in the off-axis flow stress differential in tension and compression, regardless of the strain rate. A phenomenological theory of viscoplasticity is then developed which can describe the tension-compression asymmetry as well as the rate dependence, nonlinearity and fiber orientation dependence of the off-axis tensile and compressive behaviors of unidirectional composites in a unified manner. It is demonstrated by comparing with experimental results that the proposed viscoplastic constitutive model can be applied with reasonable accuracy to predict the different, nonlinear and rate-dependent behaviors of the unidirectional composite under off-axis tensile and compressive loading conditions.
In the present study, the deformation capacity of slender shear walls with thin web subject to inelastic deformation after flexural yielding was studied. Web-crushing and rebar-fracture were considered as the governing failure mechanisms of walls. To address the effect of the longitudinal elongation on web-crushing and rebar-fracture, the longitudinal elongation was predicted by using truss model analysis. The failure criteria by web-crushing and rebar-fracture were defined as a function of the longitudinal elongation. The proposed method was applied to 17 shear wall specimens with boundary columns, and the prediction results were compared with the test results. The results showed that proposed method predicted the maximum deformations and failure modes of the wall specimens with reasonable precision.
A common form of construction for apartment buildings consists of walls and coupling elements. But, the structural behavior of coupling elements are very complex and affected by the properties of coupling elements. The objective of this study is to estimate the behavior of coupling elements in wall-dominant systems. For the purpose of this study, two wall-slab specimens and two wall-beam specimens were tested. The specimens with different reinforcement layouts were subjected to reversed cyclic loading, consistent with coupling action, with increasing imposed inelastic deformations. From the results of this study, 1) in coupling slabs, the stresses were not uniform across the width, 2) the effective width of coupling slabs was found smaller than that of predicted from previous studies, 3) diagonally reinforced coupling beam with slab showed larger ductility and more amount of energy dissipation to be attained compared with conventionally reinforced coupling beam.
Rehabilitation and retrofitting of structures designed in accordance to standard design codes is an essential practice in structural engineering and design. For steel structures, one of the challenges is to strengthen the panel zone as well as its analysis in moment-resisting frames. In this research, investigations were undertaken to analyze the influence of the panel zone in the response of structural frames through a computational approach using ETABS software. Moment-resisting frames of six stories were studied in supposition of real panel zone, different values of rigid zone factor, different thickness of double plates, and both double plates and rigid zone factor together. The frames were analyzed, designed and validated in accordance to Iranian steel building code. The results of drift values for six stories building models were plotted. After verifying and comparing the results, the findings showed that the rigidity lead to reduction in drifts of frames and also as a result, lower rigidity will be used for high rise building and higher rigidity will be used for low rise building. In frames with story drifts more than the permitted rate, where the frames are considered as the weaker panel zone area, the story drifts can be limited by strengthening the panel zone with double plates. It should be noted that higher thickness of double plates and higher rigidity of panel zone will result in enhancement of the non-linear deformation rates in beam elements. The resulting deformations of the panel zone due to this modification can have significant influence on the elastic and inelastic behavior of the frames.
Cyclic behaviour of composite (steel-concrete) plate shear walls (CPSW) with variable column flexural stiffness is experimentally and numerically investigated. The investigation included design, fabrication and testing of three pairs of one-bay one-storey CPSW specimens. The reference specimen pair was designed in way that its column flexural stiffness corresponds to the value required by the design codes, while within the other two specimen pairs column flexural stiffness was reduced by 18% and 36%, respectively. Specimens were subjected to quasi-static cyclic tests. Obtained results indicate that column flexural stiffness reduction in CPSW does not have negative impact on the overall behaviour allowing for satisfactory performance for up to 4% storey drift ratio while also enabling inelastic buckling of the infill steel plate. Additionally, in comparison to similar steel plate shear wall (SPSW) specimens, column "pull-in" deformations are less pronounced within CPSW specimens. Therefore, the results indicate that prescribed minimal column flexural stiffness value used for CPSW might be conservative, and can additionally be reduced when compared to the prescribed value for SPSWs. Furthermore, finite element (FE) pushover simulations were conducted using shell and solid elements. Such FE models can adequately simulate cyclic behaviour of CPSW and as such could be further used for numerical parametric analyses. It is necessary to mention that the implemented pushover FE models were not able to adequately reproduce column "pull-in" deformation and that further development of FE simulations is required where cyclic loading of the shear walls needs to be simulated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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