Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.498-501
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2004
A new slab design using secant stiffness, Direct Inelastic Slab Design, was developed. Since basically the proposed design method uses linear analysis, it is convenient and stable in numerical analysis. At the same time, the proposed design method can accurately estimate the inelastic strength and ductility demands of slab because it can analyzes the inelastic behavior of structure using iterative calculations for secant stiffness. In the present study, the procedure of the proposed design method was established, and a computer program incorporating the proposed method was developed. Design examples using the proposed method were presented, and compared with traditional nonlinear analysis, and experiments. The Direct Inelastic Slab Design, as an integrated analysis/design method, can directly address the design strategy intended by the engineer, such as moment strength and ductility limit. As a result, economical and safe design can be achieved.
The cross sections of multi-span beams are sometimes suddenly increased at the interior support of continuous beams to resist high negative moment. An earlier study on elastic lateral torsional buckling of stepped beams was conducted to propose new design equations. This research aims to continue the earlier study by considering the effect of inelastic buckling of stepped beams subjected to pure bending and general loading condition. A three-dimensional finite element-program ABAQUS and a statistical program MINITAB were used in the development of new design equations. The inelastic lateral torsional buckling strengths of 36 and 27 models for singly and doubly stepped beams, respectively, were investigated. The general loading condition consists of 15 loading cases based on the number of inflection point within the unbraced length of the stepped beams. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection were also considered to evaluate the inelastic buckling strengths. The proposed equations in this study will definitely improve current design methods for the inelastic lateral-torsional buckling of stepped beams and will increase efficiency in building and bridge design.
Current seismic codes require from the seismically designed structures to be capable to withstand inelastic deformation. Many studies dealt with the development of different inelastic spectra with the aim to simplify the evaluation of inelastic deformation and performance of structures. Recently, the concept of inelastic spectra has been adopted in the global scheme of the performance-based seismic design through capacity-spectrum methods. In this paper, the median of the ductility demand ratio for 80 ground motions are presented for different levels of normalized yield strength, defined as the yield strength coefficient divided by the peak ground acceleration (PGA). The influence of the post-to-preyield stiffness ratio on the ductility demand is investigated. For fixed levels of normalized yield strength, the median ductility versus period plots demonstrated that they are independent of the earthquake magnitude and epicentral distance. Determined by regression analysis of the data, two design equations have been developed; one for the ductility demand as function of period, post-to-preyield stiffness ratio, and normalized yield strength, and the other for the inelastic deformation as function of period and peak ground acceleration valid for periods longer than 0.6 seconds. The equations are useful in estimating the ductility and inelastic deformation demands for structures in the preliminary design. It was found that the post-to-preyield stiffness has a negligible effect on the ductility factor if the yield strength coefficient is greater than the PGA of the design ground motion normalized by gravity.
A new inelastic design method performing iterative calculations using secant stiffness was developed. Since the proposed design method uses linear analysis, it is convenient and stable in numerical analysis. At the same time, the proposed design method can accurately estimate the inelastic strength and ductility demands of the members by performing iterative calculation. In the present study, the procedure of the proposed design method was established. Design examples using the proposed method were presented, and its advantages were highlighted by comparisons with existing design methods using elastic or plastic analysis. Unlike the existing inelastic design methods performing the preliminary design on the structure and checking its validity using nonlinear analysis, the proposed integrated analysis-design method can directly calculate the strength and ductility demands of each member. In addition, the proposed design method can address the inelastic design strategy intended by the engineer, such as strength and ductility limits of members and the design concept of strong-column and weak-beam. As a result, economical and safe design can be achieved.
In the previous study, direct inelastic strut-and-tie model (DISTM) was developed to perform inelastic design of reinforced concrete members by using linear analysis for their secant stiffness. In the present study, for convenience in design practice, the DISTM was further simplified so that inelastic design of reinforced concrete members can be performed by a run of linear analysis, without using iterative calculations. In the simplified direct inelastic strut-and-tie model (S-DISTM), a reinforced concrete member is idealized with compression strut of concrete and tension tie of reinforcing bars. For the strut and tie elements, elastic stiffness or secant stiffness is used according to the design strategy intended by engineer. To define the failure criteria of the strut and tie elements, concrete crushing and reinforcing bar fracture were considered. The proposed method was applied to inelastic design of various reinforced concrete members including deep beam, coupling beam, and shear wall. The design results were compared with the properties and the deformation capacities of the test specimens.
A two-level displacement-based design procedure is developed. To obtain the displacement demands, elastic spectra for occasional earthquakes and inelastic spectra for rare earthquakes are used. Minimum global stiffness and strength to be supplied to the structure are based on specified maximum permissible drift limits and on the condition that the structure responds within the elastic range for occasional earthquakes. The performance of the structure may be assessed by an inelastic push-over analysis to the required displacement and the evaluation of damage indices. The approach is applied to the design of a five-story reinforced concrete coupled wall structure located in the most hazardous seismic region of Argentina. The inelastic dynamic response of the structure subjected to real and artificially generated acceleration time histories is also analyzed. Finally, advantages and limitations of the proposed procedure from the conceptual point of view and practical application are discussed.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.214-224
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1999
The design response spectrum has been widely used in seismic design to estimate force and deformation demands of structures imposed by Earthquake Ground Motion (EQGM). Inelastic Design Response Spectra (IDRS) to specify design yielding strength in seismic codes are obtained by reducing the ordinates of Linear Elastic Design Response Spectrum (LEDRS) by strength reduction factor (R). Since a building is designed using reduced design spectrum (IDRS) rather than LEDRS in current seismic design procedures it allows structures behave inelastically during design level EQGM. Inelastic Response Spectra (IRS) depend not only on the characteristics of the expected ground motion at a given site, but also on the dynamic properties and nonlinear characteristics of a structure. However, it has not been explicitly investigated the effect of different hysteretic models on IRS. In this study, the effect of hysteretic models on IRS is investigated.
Alinejad, Hamidreza;Jeong, Seung Yong;Kang, Thomas H.K.
Wind and Structures
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v.31
no.2
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pp.153-164
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2020
In the design of buildings, lateral loading is one of the most important factors considered by structural designers. The concept of performance-based design (PBD) is well developed for seismic load. Whereas, wind design is mainly based on elastic analysis for both serviceability and strength. For tall buildings subject to extreme wind load, inelastic behavior and application of the concept of PBD bear consideration. For seismic design, current practice primarily presumes inelastic behavior of the structure and that energy is dissipated by plastic deformation. However, due to analysis complexity and computational cost, calculations used to predict inelastic behavior are often performed using elastic analysis and a response modification factor (R). Inelastic analysis is optionally performed to check the accuracy of the design. In this paper, a framework for application of an R factor for wind design is proposed. Theoretical background on the application and implementation is provided. Moreover, seismic and wind fatigue issues are explained for the purpose of quantifying the modification factor R for wind design.
In the present study, the Direct Inelastic Design (DID) for steel structures developed in the previous study was improved to expand it applicability. The proposed design method can perform inelastic designs that address the design characteristics of steel structures: Group member design, discrete member sizes, variation of moment-carrying capacity according to axial force, connection types, and multiple design criteria and load conditions. The design procedure for the proposed method was established, and a computer program incorporating the design procedure was developed. The design results from the conventional elastic method and the DID were compared and verified by the existing computer program for nonlinear analysis. Compared with the conventional elastic design, the DID addressing the inelastic behavior reduced the total weight of steel members and enhanced the deformability of the structure. The proposed design method is convenient because it can directly perform inelastic design by using linear analysis for secant stiffness. Also, it can achieve structural safety and economical design by controlling deformations of the plastic hinges.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.207-214
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1997
Current seismic design code is based on the assumption that the designed structures would be behaved inelastically during a severe earthquake ground motion. For this reason, seismic design forces calculated by seismic codes are much lower than the forces generated by design earthquakes which makes structures responding elastically. Present procedures for calculating seismic design forces are based on the use of elastic spectra reduced by a strength reduction factors known as "response modificaion factor". The effect of hysteretic behavior, as well as maximum ductility ratio and period on the inelastic strength demand is investigated. Special emphasis is given to the effects of the hysteretic characteristics such as strength degradation or pinching. Results indicate that inelastic strength demands are strongly dependent on level of inelastic deformation, period and hysteretic behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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