Shekastehband, Behzad;Azaraxsh, Ali A.;Showkati, Hossein
Steel and Composite Structures
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v.25
no.4
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pp.505-521
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2017
The steel plate shear wall with beam-only connected infill plate (SSW-BO) is an innovative lateral load resisting system consisting of infill plates connected to surrounding beams and separated from the main columns. In this research, the effects of perforation diameter as well as slenderness ratios of infill plates on the hysteresis behavior of SSW-BO systems were studied experimentally. Experimental testing is performed on eight one-sixth scaled one-story SSW-BO specimens with two plate thicknesses and four different circular opening ratios at the center of the panels under fully reversed cyclic quasi-static loading in compliance with the SAC test protocol. Strength, stiffness, ductility and energy absorption were evaluated based on the hysteresis loops. It is found that the systems exhibited stable hysteretic behavior during testing until significant damage in the connection of infill plates to surrounding beams at large drifts. It is also seen that pinching occurred in the hysteresis loops, since the hinge type connections were used as boundaries at four corners of surrounding frames. The strength and initial stiffness degradation of the perforated specimens containing opening ratio of 0.36 compared to the solid one is in the range of 20% to 30% and 40% to 50%, respectively.
A building structural system of moment resisting frame (MRF) with concrete filled steel tubular (CFST) columns and wide flange H beams, is one of the most conveniently constructed structural systems. However, there were few studies on evaluating seismic performance of full-scale CFST columns under high axial compression. In addition, some existing famous design codes propose various limits of width-to-thickness ratio (B/t) for steel tubes of the ductile CFST composite members. This study was intended to investigate the seismic behavior of CFST columns under high axial load compression. Four full-scale square CFST column specimens with a B/t of 42 were carried out that were subjected to horizontal cyclic-reversal loads combined with constantly light, medium and high axial loads and with a linearly varied axial load, respectively. Test results revealed that shear strength and deformation capacity of the columns significantly decreased when the axial compression exceeded 0.35 times the nominal compression strength of a CFST column, P0. It was obvious that the higher the axial compression, the lower both the shear strength and deformation capacities were, and the earlier and faster the shear strength degradation occurred. It was found as well that higher axial compressions resulted in larger initial lateral stiffness and faster degradation of post-yield lateral stiffness. Meanwhile, the lower axial compressions led to better energy dissipation capacities with larger cumulative energy. Moreover, the study implied that under axial compressions greater than 0.35P0, the CFST column specimens with B/t limits recommended by AISC 360 (2016), ACI 318 (2014), AIJ (2008) and EC4 (2004) codes do not provide ultimate interstory drift ratio of more than 3% radian, and only the limit in ACI 318 (2014) code satisfies this requirement when axial compression does not exceed 0.35P0.
One of the major components for performance based seismic design is accurate estimation of critical seismic demand parameters. While nonlinear seismic analysis is the most appropriate analysis method for estimation of seismic demand parameters, this method is very time consuming and complex. Single mode pushover analysis method, N2 method and multi-mode pushover analysis method, modal pushover analysis (MPA) are two nonlinear static methods that have recently been used for seismic performance evaluation of few lateral load-resisting systems. This paper further investigates the applicability of N2 and MPA methods for estimating the seismic demands of ductile unstiffened steel plate shear walls (SPSWs). Three different unstiffened SPSWs (4-, 8-, and 15-storey) designed according to capacity design approach were analysed under artificial and real ground motions for Vancouver. A comparison of seismic response quantities such as, height-wise distribution of floor displacements, storey drifts estimated using N2 and MPA methods with more accurate nonlinear seismic analysis indicates that both N2 and MPA procedures can reasonably estimates the peak top displacements for low-rise SPSW buildings. In addition, MPA procedure provides better predictions of inter-storey drifts for taller SPSW. The MPA procedure has been extended to provide better estimate of base shear of SPSW.
Khatami, Alireza;Heshmati, Mahdi;Aghakouchak, Ali Akbar
Earthquakes and Structures
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v.19
no.3
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pp.197-214
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2020
Diagrid structures have been introduced as a fairly modern lateral load-resisting system in the design of high-rise buildings. In this paper, a novel diagrid system called tube-in-tube diagrid building is introduced and assessed through pushover and incremental dynamic analyses. The main objectives of this paper are to find the optimum angle of interior and exterior diagrid tube and evaluate the efficiency of diagrid core on the probability of collapse comparing to the conventional diagrid system. Finally, the seismic performance factors of the proposed system are validated according to the FEMA P695 methodology. To achieve these, 36-story diagrid buildings with various external and internal diagonal angles are designed and then 3-D nonlinear models of these structures developed in PERFORM-3D. The results show that weight of steel material highly depends on diagonal angle of exterior tube. Adding diagrid core generally increases the over-strength factor and collapse margin ratio of tall diagrid buildings confirming high seismic safety margin for tube-in-tube diagrid buildings under severe excitations. Collapse probabilities of both structural systems under MCE records are less than 10%. Finally, response modification factor of 3.0 and over-strength factor of 2.0 and 2.5 are proposed for design of typical diagrid and tube-in-tube diagrid buildings, respectively.
Using vertical links in eccentric braced frames is one of the best passive structural control approaches due to its effectiveness and practicality advantages. However, in spite of the subject importance there are limited studies which evaluate the seismic reliability and response reduction factor (R-factor) in this system. Therefore, the present study has been conducted to improve the current understanding about failure mechanism in the structural systems equipped with vertical links. For this purpose, following definition of demand and capacity response reduction factors, these parameters are computed for three different buildings (4, 8 and 12 stories) equipped with this system. In this regards, pushover and incremental dynamic analysis have been employed, and seismic reliability as well as multi-level response reduction factor according to the seismic demand and capacity of the frames have been derived. Based on the results, this system demonstrates high ductility and seismic energy dissipation capacity, and using the response reduction factor as high as 8 also provides acceptable reliability for the frame in the moderate and high earthquake intensities. This system can be used in original buildings as lateral load resisting system in addition to seismic rehabilitation of the existing buildings.
Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are commonly used as lateral force-resisting systems in the structures located in seismic-active regions. The nearly symmetric load-displacement behavior of buckling-restrained braces (BRBs) helps in dissipating the input seismic energy through metallic hysteresis. In this study, an experimental investigation has been conducted on the reduced-core length BRB (RCLBRB) specimens to evaluate their hysteretic and overall performance under gradually increased cyclic loading. Detachable casings are used for the concrete providing confinement to the steel core segments of all test specimens to facilitate the post-earthquake inspection of steel core elements. The influence of variable core clearance and the local detailing of casings on the cyclic performance of RCLBRB specimens has been studied. The RCLBRB specimen with the detachable casing system and a smaller core clearance at the end zone as compared to the central region exhibited excellent hysteretic behavior without any slip. Such RCLBRB showed balanced higher yielding deformed configuration up to a core strain of 4.2% without any premature instability. The strength-adjustment factors for the RCLBRB specimens are found to be nearly same as that of the conventional BRBs as noticed in the past studies. Simple expressions have been proposed based on the regression analysis to estimate the strength-adjustment factors and equivalent damping potential of the RCLBRB specimens.
The use of high-strength steels in construction of highrise and mega building structures can bring about many technological advantages from fabrication to erection. However, key design criteria such as local and lateral stability in current steel design specifications were developed based on tests of ordinary steels which have stress-strain characteristics very different from that of high strength steels. A series of tests on 800 MPa tensile strength steel (HSA800) members are summarized in this paper which were conducted to investigate the appropriateness of extrapolating current ordinary-steel based design criteria to high strength steels. 800 MPa I-shape beam specimens designed according to flange local buckling (FLB) criteria of the AISC Specification developed a sufficient strength for elastic design and a marginal rotation capacity for plastic design. It is shown that, without introducing distinct and significant yield plateau to the stress-strain property of high-strength steel, it is inherently difficult to achieve a high rotation capacity even if all the current stability limits are met. 800 MPa I-shape beam specimens with both low and high warping rigidity exhibited sufficient lateral torsional buckling (LTB) strength. HSA800 short-column specimens with various edge restraint exhibited sufficient local buckling strength under uniform compression and generally outperformed ordinary steel specimens. The experimental P-M strength was much higher than the AISC nominal P-M strength. The measured residual stresses indicated that the impact of residual stress on inelastic buckling of high-strength steel is less. Cyclic seismic test results showed that HSA800 members have the potential to be used as non-ductile members or members with limited ductility demand in seismic load resisting systems. Finally, recent applications of 800 MPa high strength steel to highrise and mega building structures in Korea are briefly presented.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.2
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pp.119-129
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2022
It is essential to control the lateral displacement and differential axial shortening of the vertical elements in high-rise buildings. The differential axial shortening can cause challenges in the serviceability and safety of non-structural and structural elements, respectively. Hence, in this study, the differential axial shortening of the vertical elements and effects of long term behaviors of concrete are analyzed in 120-story high-rise buildings via the construction sequence analysis. Consequently, the axial shortening of the vertical elements is classified into elastic, creep, and shrinkage shortening, and dominant factors to the maximum axial shortening are analyzed. In addition, the serviceability of the non -structural elements is checked with a differential axial shortening at 30 years after completion of construction, and member forces at design and construction stages in girders and outrigger walls are compared.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.3
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pp.183-191
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2003
A four-story reinforced concrete moment resisting frame damaged from an ultimate limit state earthquake is upgraded with prestressing cable bracing. The purpose of this study is to investigate the bracing configuration effects on the 3-D building response using thee different locations of the bracing systems for the retrofitted building. Since the previous work done by the author proved that static incremental loads to collapse analysis as a substitute to dynamic non-linear time history analysis was a valid alternative tool. Thus, static load to collapse analysis is solely applied to evaluate the seismic performance parameters of both the original and upgraded buildings in this study. In results, the exterior bracing system is effective in restraining torsional behavior of the structure under seismic loads, and no sudden failure occurs in this system that enhances the ductility of the building due to the gradual change of building stiffness as the lateral load increases.
The evaluation of the lateral load performance for larch glulam portal frames was carried out using glass fiber reinforced plastic (GFRP) as connector in two different systems: the GFRP-reinforced laminated plates combined with veneer, and GFRP rod joints glued with epoxy resins to replace usual metal connectors for the structural glulam rahmen joints. As a result the yield strength, ultimate strength, initial stiffness of glulams of GFRP rod joints glued with epoxy resin decreased to 49%, 52% and 61% compared to those of the conventional metal connector. This connector will be a stress device where the bonding strength between the GFRP rod and glued laminated timber is important. Thus, there will be a high possibility that a problem may occur when it is applied to the field. On the other hand, the GFRP-reinforced laminated plates and wood (Eucalyptus marginata) pin were measured all within 3% for all measurements of the yield strength, ultimate strength, initial strength and ductility factor, regardless of high cross sectional loss on the glued laminated timber slit joint. In addition, the variation of stiffness on the cycle was 35%, which was the lowest, confirming that it was almost the same performance as the specimen prepared with the metal connector.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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