Steel plate shear walls (SPSWs) are one of the most important and widely used lateral load-bearing systems. The reason for this is easier execution than reinforced concrete (RC) shear walls, faster construction time, and lower final weight of the structure. However, the main drawback of SPSWs is premature buckling in low drift ratios, which affects the energy absorption capacity and global performance of the system. To address this problem, two groups of SPSWs under cyclic loading were investigated using the finite element method (FEM). In the first group, several series of circular rings have been used and in the second group, a new type of SPSW with concentric circular rings (CCRs) has been introduced. Numerous parameters include in yield stress of steel plate wall materials, steel panel thickness, and ring width were considered in nonlinear static analysis. At first, a three-dimensional (3D) numerical model was validated using three sets of laboratory SPSWs and the difference in results between numerical models and experimental specimens was less than 5% in all cases. The results of numerical models revealed that the full SPSW undergoes shear buckling at a drift ratio of 0.2% and its hysteresis behavior has a pinching in the middle part of load-drift ratio curve. Whereas, in the two categories of proposed SPSWs, the hysteresis behavior is complete and stable, and in most cases no capacity degradation of up to 6% drift ratio has been observed. Also, in most numerical models, the tangential stiffness remains almost constant in each cycle. Finally, for the innovative SPSW, a relationship was suggested to determine the shear capacity of the proposed steel wall relative to the wall slenderness coefficient.
The existing concrete bridges are time-varying working systems, where the maintenance strategy should be planned according to the time-varying performance of the bridge. This work proposes a time-dependent residual capacity assessment procedure, which considers the non-stationary bridge load effects under growing traffic and non-stationary structural deterioration owing to material degradations. Lifetime bridge load effects under traffic growth are predicated by the non-stationary peaks-over-threshold (POT) method using time-dependent generalized Pareto distribution (GPD) models. The non-stationary structural resistance owing to material degradation is modeled by incorporating the Gamma deterioration process and field inspection data. A three-span continuous box-girder bridge is illustrated as an example to demonstrate the application of the proposed procedure, and the time-varying reliability indexes of the bridge girder are calculated. The accuracy of the proposed non-stationary POT method is verified through numerical examples, where the shape parameter of the time-varying GPD model is constant but the threshold and scale parameters are polynomial functions increasing with time. The case study illustrates that the residual flexural capacities show a degradation trend from a slow decrease to an accelerated decrease under traffic growth and material degradation. The reliability index for the mid-span cross-section reduces from 4.91 to 4.55 after being in service for 100 years, and the value is from 4.96 to 4.75 for the mid-support cross-section. The studied bridge shows no safety risk under traffic growth and structural deterioration owing to its high design safety reserve. However, applying the proposed numerical approach to analyze the degradation of residual bearing capacity for bridge structures with low safety reserves is of great significance for management and maintenance.
In this study, a method has been proposed for the static and dynamic nonlinear analysis of multi-storey buildings, which takes into account the contribution of axial deformations in vertical load-bearing elements, which are especially important in tall and narrow structures. Shear deformations on the shear walls were also taken into account in the study. The presented method takes into account the effects that are not considered in the fishbone and flexural-shear beam models developed in the literature. In the Fishbone model, only frame systems are modeled. In the flexural shear beam model developed for shear wall systems, shear deformations and axial deformations in the walls are neglected. Unlike the literature, with the model proposed in this study, both shear deformations in the walls and axial deformations in the columns and walls are taken into account. In the proposed model, multi-storey building is represented as a sandwich beam consisting of Timoshenko beams pieced together with a double-hinged beam. At each storey, the total moment capacities of the frame beams and the coupled beams in the coupled shear walls are represented as the equivalent shear capacity. On the other hand, The sums of individual columns and walls moment at the relevant floor level are represented as equivalent moment capacity at that floor level. At the end of the study, examples were solved to show the suitability of the proposed method in this study. The SAP2000 program is employed in analyses. In a conclusion, it is observed that among the solved examples, the proposed sandwich beam model gives good results. As can be seen from these results, it is seen that the presented method, especially in terms of base shear force, gives very close results to the detailed finite element method.
In this study, vertical loading tests were conducted to investigate the nonlinear behaviors of the fastening systems that have generally been used in the concrete track of domestic railway lines. Nonlinear load-displacement curve models were derived based on the test results. The uplift forces generated in the fastening systems were evaluated by applying the derived nonlinear models as well as the existing linear models. The influence of the factors on the maximum uplift force of the fastening system was analyzed through a parameter study on the distance between neighboring sleepers, the horizontal distance between the center of the bearing and the nearest fastening system from the deck end, and the height of the bridge girder. From the evaluation results it is known that, for economical track and bridge design, due to deck end deformation, it is necessary to consider the nonlinear behavior of the fastening system in the calculation of the uplift force of the fastening systems.
The most common structural system for apartment buildings in Korea is adopted to combine structural systems: for example, a moment-resisting frame will be used for lower stories and bearing wall system for the upper stories. This type of buildings have soft and/or weak stories in lower stories, and it may lead to collapse of those buildings during the large earthquake. Reversed cyclic load tests were conducted to estimate the performance and behavioral characteristics of deep beam and exterior column Joints. Experimental parameter is the amount of transverse reinforcement (designed by ACI code and Sheikh's procedure). The results of this study are as follows: (1) The required transverse reinforcement of column designed by Sheikh's procedure requires 2.9 times larger than that designed by ACI procedure. Large amount of transverse reinforcement increase the ductility of the column. (2) Most of the lateral drift in the column is due to the flexural deformation in the joint and plastic hinge region and up-lift rotation. (3) Transverse reinforcement in the exterior column shall be required not only in the hinge region but also in the joint.
The problem of earthquake induced torsion in buildings is quite old and although it has received a lot of attention in the past several decades, it is still open. This is evident not only from the variability of the pertinent provisions in various modern codes but also from conflicting results debated in the literature. Most of the conducted research on this problem has been based on very simplified, highly idealized models of eccentric one-story systems, with single or double eccentricity and with load bearing elements of the shear beam type, sized only for earthquake action. Initially, elastic models were used but were gradually replaced by inelastic models, since building response under design level earthquakes is expected to be inelastic. Code provisions till today have been based mostly on results from one-story inelastic models or on results from elastic multistory idealizations. In the past decade, however, more accurate multi story inelastic building response has been studied using the well-known and far more accurate plastic hinge model for flexural members. On the basis of such research some interesting conclusions have been drawn, revising older views about the inelastic response of buildings based on one-story simplified model results. The present paper traces these developments and presents new findings that can explain long lasting controversies in this area and at the same time may raise questions about the adequacy of code provisions based on results from questionable models. To organize this review better it was necessary to group the various publications into a number of subtopics and within each subtopic to separate them into smaller groups according to the basic assumptions and/or limitations used. Capacity assessment of irregular buildings and new technologies to control torsional motion have also been included.
Steel shear wall possesses priority over many of the current lateral load-bearing systems due to reasons like higher elastic stiffness, desirable ductility and energy absorption, convenience in construction and implementation technology, and economic criteria. Besides these advantages, this system causes increase in the dimensions of other structural elements due to its high stiffness as one of its intrinsic characteristics. One of the methods for stiffness reduction is perforating the wall panel and creating openings in the wall that can also be used as windows or ducts in buildings service period. The aim of the present study is probing the appropriate geometric shape and location of opening to fulfil economic criterion plus technical and seismic design criteria. In the present research, a number of possible while reasonable opening shapes and locations are defined in various sizes for some steel shear wall specimens. The specimens are modelled in ABAQUS finite elements software and analyzed using nonlinear pushover analysis. Finally, the analyses' results are reported as force-displacement diagrams and the strength, the initial stiffness and the energy absorption are calculated for all specimens and compared together. The obtained results show that both shape and location of the openings affect the seismic parameters of the shear wall. The specimens in which the openings are further from the center and closer to the columns possess higher stiffness and strength while the specimens in which the openings are closer to the center show more considerable changes in their seismic parameters in response to increase in opening area.
The structural strain plays a significant role in structural condition assessment of in-service bridges in terms of structural bearing capacity, structural reliability level and entire safety redundancy. Therefore, it has been one of the most important parameters concerned by researchers and engineers engaged in structural health monitoring (SHM) practices. In this paper, an SHM system instrumented on the Jiubao Bridge located in Hangzhou, China is firstly introduced. This system involves nine subsystems and has been continuously operated for five years since 2012. As part of the SHM system, a total of 166 fiber Bragg grating (FBG) strain sensors are installed on the bridge to measure the dynamic strain responses of key structural components. Based on the strain monitoring data acquired in recent two years, the strain-based structural condition assessment of the Jiubao Bridge is carried out. The wavelet multi-resolution algorithm is applied to separate the temperature effect from the raw strain data. The obtained strain data under the normal traffic and wind condition and under the typhoon condition are examined for structural safety evaluation. The structural condition rating of the bridge in accordance with the AASHTO specification for condition evaluation and load and resistance factor rating of highway bridges is performed by use of the processed strain data in combination with finite element analysis. The analysis framework presented in this study can be used as a reference for facilitating the assessment, inspection and maintenance activities of in-service bridges instrumented with long-term SHM system.
Yoo, Hyun Woo;Oh, Jeongho;Jung, Young Wook;Han, Shin In
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.1
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pp.113-119
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2018
An extensive effort is actively being made to implement permeable pavement systems in urban or residential areas of South Korea in order to achieve efficient water circulation system based on low impact development (LID) design concept. This study aims to establish the design factors and procedure for permeable asphalt pavements structural design. Based on the review of previous studies, the 1993 AASHTO design method is found to be adequate for permeable pavements structural design. In this study, the design program based on 1993 AASHTO design procedure in conjunction with domestic roadway design standards was developed to accommodate the characteristics of permeable asphalt pavements. Primary design parameters such as structural layer coefficients of permeable materials were successfully quantified based on literature reviews and parallel analyses. Comparable design thicknesses were obtained between the developed permeable pavement design (PPD) program and Korea pavement research program (KPRP) under different levels of traffic and subgrade load bearing capacity.
Trap effect of groove is evaluated in a lubricating system using computational fluid dynamics (CFD) analysis. The simulation is based on the standard k-ε turbulence model and the discrete phase model (DPM) using a commercial CFD code FLUENT. The simulation results are also capable of showing the particle trajectories in flow field. Computational domain is meshed using the GAMBIT pre-processor. The various grooves are applied in order to improve lubrication characteristics such as reduction of friction loss, increase in load carrying capacity, and trapping of the wear particles. Trap effect of groove is investigated with variations in cross-sectional shape and Reynolds number in this research. Various cross-sectional shapes of groove (rectangular, triangle, U shaped, trapezoid, elliptical shapes) are considered to evaluate the trap effect in simplified two-dimensional sliding bearing. The particles are assumed to steel, and defined a single particle injection condition in various positions. The “reflect” boundary condition for discrete phase is applied to the wall boundary, and the “escape” boundary condition to “pressure inlet” and “pressure outlet” conditions. The streamlines are compared with particles trajectories in the groove. From the results of numerical analysis in the study, it is found that the cross-sectional shapes favorable to the creation of vortex and small eddy current are effective in terms of particle trapping effect. Moreover, it is found that the Reynolds number has a strong influence on the pattern of vortex or small eddy current in the groove, and that the pattern of the vortex or small eddy current affects the trap effect of the groove.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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