This paper investigates inelastic seismic demands of the normal component of near-fault pulse-like ground motions, which differ considerably from those of far-fault ground motions and also parallel component of near-fault ones. The results are utilized to improve the nonlinear static procedure (NSP) called Displacement Coefficient Method (DCM). 96 near-fault and 20 far-fault ground motions and the responses of various single degree of freedom (SDOF) systems constitute the dataset. Nonlinear Dynamic Analysis (NDA) is utilized as the benchmark for comparison with nonlinear static analysis results. Considerable influences of different faulting mechanisms are observed on inelastic seismic demands. The demands are functions of the strength ratio and also the pulse period to structural period ratio. Simple mathematical expressions are developed to consider the effects of near-fault motion and fault type on nonlinear responses. Modifications are presented for the DCM by introducing a near-fault modification factor, $C_N$. In locations, where the fault type is known, the modifications proposed in this paper help to obtain a more precise estimate of seismic demands in structures.
Interaction between closely-spaced buildings subject to earthquake induced strong ground motions, termed in the literature as "seismic pounding", occurs commonly during major seismic events in contemporary congested urban environments. Seismic pounding is not taken into account by current codes of practice and is rarely considered in practice at the design stage of new buildings constructed "in contact" with existing ones. Thus far, limited research work has been devoted to quantify the influence of slab-to-slab pounding on the inelastic seismic demands at critical locations of structural members in adjacent structures that are not aligned in series. In this respect, this paper considers a typical case study of a "new" reinforced concrete (R/C) EC8-compliant, torsionally sensitive, 7-story corner building constructed within a block, in bi-lateral contact with two existing R/C 5-story structures with same height floors. A non-linear local plasticity numerical model is developed and a series of non-linear time-history analyses is undertaken considering the corner building "in isolation" from the existing ones (no-pounding case), and in combination with the existing ones (pounding case). Numerical results are reported in terms of averages of ratios of peak inelastic rotation demands at all structural elements (beams, columns, shear walls) at each storey. It is shown that seismic pounding reduces on average the inelastic demands of the structural members at the lower floors of the 7-story building. However, the discrepancy in structural response of the entire block due to torsion-induced, bi-directionally seismic pounding is substantial as a result of the complex nonlinear dynamics of the coupled building block system.
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.
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.
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.
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.
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.
Nonlinear static analysis as an essential part of performance based design is now widely used especially at design offices because of its simplicity and ability to predict seismic demands on inelastic response of buildings. Since the accuracy of nonlinear static procedures (NSP) to predict seismic demands of buildings affects directly on the entire performance based design procedure, therefore lots of research has been performed on the area of evaluation of these procedures. In this paper, one of the popular NSP, FEMA356, is evaluated and compared with modal pushover analysis. The ability of these procedures to simulate seismic demands in a set of reinforced concrete (RC) buildings is explored with two level of base acceleration through a comparison with benchmark results determined from a set of nonlinear time history analyses. According to the results of this study, the modal pushover analysis procedure estimates seismic demands of buildings like inter story drifts and hinges plastic rotations more accurate than FEMA356 procedure.
Modern seismic codes rely on performance-based seismic design methodology which requires that the structures withstand inelastic deformation. Many studies have focused on the inelastic deformation ratio evaluation (ratio between the inelastic and elastic maximum lateral displacement demands) for various inelastic spectra. This paper investigates the inelastic response spectra through the ductility demand ${\mu}$, the yield strength reduction factor $R_y$, and the inelastic deformation ratio. They depend on the vibration period T, the post-to-preyield stiffness ratio ${\alpha}$, the peak ground acceleration (PGA), and the normalized yield strength coefficient ${\eta}$ (ratio of yield strength coefficient divided by the PGA). A new inelastic deformation ratio $C_{\eta}$ is defined; it is related to the capacity curve (pushover curve) through the coefficient (${\eta}$) and the ratio (${\alpha}$) that are used as control parameters. A set of 140 real ground motions is selected. The structures are bilinear inelastic single degree of freedom systems (SDOF). The sensitivity of the resulting inelastic deformation ratio mean values is discussed for different levels of normalized yield strength coefficient. The influence of vibration period T, post-to-preyield stiffness ratio ${\alpha}$, normalized yield strength coefficient ${\eta}$, earthquake magnitude, ruptures distance (i.e., to fault rupture) and site conditions is also investigated. A regression analysis leads to simplified expressions of this inelastic deformation ratio. These simplified equations estimate the inelastic deformation ratio for structures, which is a key parameter for design or evaluation. The results show that, for a given level of normalized yield strength coefficient, these inelastic displacement ratios become non sensitive to none of the rupture distance, the earthquake magnitude or the site class. Furthermore, they show that the post-to-preyield stiffness has a negligible effect on the inelastic deformation ratio if the normalized yield strength coefficient is greater than unity.
The purpose of this study is to evaluate the validity of seismic performance evaluation using static analysis. For this purpose, Ordinary Moment Resisting Steel Frames(OMRSF) for different heights(3, 6 ,9, 12 story) and seismic zones(Zone 2A, 2B, 3, 4) were designed in compliance to AISC LRFD 1993 Seismic Provisions and NEHRP 1994 Guidelines. Nonlinear Static Procedure(NSP) and Nonlinear Dynamic Procedure(NDP) with a set of ground motion record were used to evaluate seismic demands in OMRSFs. Using the DRAIN-2DX program, this study compares peak displacement demands(Target Displacement) proposed by FEMA 273 with the peak roof displacement demands obtained from the inelastic time history analyses. Based on the results, the validity of procedure of seismic demand evaluation using Target Displacement is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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