Beam-column joints are the key structural elements, which dictate the behavior of structures subjected to earthquake loading. Though large experimental work has been conducted in the past, still various issues regarding the post-yield behavior, ductility and failure modes of the joints make it a highly important research topic. This paper presents experimental results obtained for eight beam-column joints of different sizes and configuration under cyclic loads along with the analytical evaluation of their response using a simple and effective analytical procedure based on nonlinear static pushover analysis. It is shown that even the simplified analysis can predict, to a good extent, the behavior of the joints by giving the important information on both strength and ductility of the joints and can even be used for prediction of failure modes. The results for four interior and four exterior joints are presented. One confined and one unconfined joint for each configuration were tested and analyzed. The experimental and analytical results are presented in the form of load-deflection. Analytical plots are compared with envelope of experimentally obtained hysteretic loops for the joints. The behavior of various joints under cyclic loads is carefully examined and presented. It is also shown that the procedure described can be effectively utilized to analytically gather the information on behavior of joints.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.6
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pp.21-27
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2001
In this paper, a nonlinear finite element procedure is presented for the dynamic analysis of reinforced concrete shells. A computer program, named RCAHEST(reinforced concrete analysis in higher evaluation system technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. A 4-node flat shell element will drilling rotational stiffness is used for spatial discretization. The layered approach is used to discretize behavior of concrete and reinforcement through the thickness. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach is incorporated. Solution of the equations of motion is obtained by numerical integration using Hilber-Hughes-Taylor(HHT) algorithm. The proposed numerical method for the nonlinear dynamic analysis of reinforced concrete shells is verified by comparison with reliable analytical results.
Nonlinear time-domain system identification (SI) algorithm is proposed to assess damage in a shear building by synchronously estimating time-varying stiffness and damping parameters using measured acceleration data. Mass properties have been assumed as the a priori known information. Viscous damping was utilized for the current research. To chase possible nonlinear dynamic behavior under severe vibration, an incremental governing equation of vibrational motion has been utilized. Stiffness and damping parameters are estimated at each time step by minimizing the response error between measured and computed acceleration increments at the measured degrees-of-freedom. To solve a nonlinear constrained optimization problem for optimal structural parameters, sensitivities of acceleration increment were formulated with respect to stiffness and damping parameters, respectively. Incremental state vectors of vibrational motion were computed numerically by Newmark-${\beta}$ method. No model is pre-defined in the proposed algorithm for recovering the nonlinear response. A time-window scheme together with Monte Carlo iterations was utilized to estimate parameters with noise polluted sparse measured acceleration. A moving average scheme was applied to estimate the time-varying trend of structural parameters in all the examples. To examine the proposed SI algorithm, simulation studies were carried out intensively with sample shear buildings under earthquake excitations. In addition, the algorithm was applied to assess damage with laboratory test data obtained from free vibration on a three-story shear building model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.1
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pp.25-34
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2010
A method is presented for evaluating the seismic failure probability of bridge structures which show a nonlinear hysteretic dynamic behavior. Bridge structures are modeled as a bilinear dynamic system with a single degree of freedom. We regarded that the failure of bridges will occur when the displacement response of a deck level firstly crosses the predefined limit state during a duration of strong motion. For the estimation of the first-crossing probability of a nonlinear structural system excited by earthquake motion, we computed the average frequency of crossings of the limit state. We presented the non-Gaussian closure method for the approximation of the joint probability density function of response and its derivative, which is required for the estimation of the average frequency of crossings. The failure probabilities are estimated according to the various artificial earthquake acceleration sets representing specific seismic characteristics. For the verification of the accuracy and efficiency of presented method, we compared the estimated failure probabilities with the results evaluated from previous methods and the exact values estimated with the crude Monte-Carlo simulation method.
In Chinese Design Codes, for super high-rise buildings with complex structural distribution, which are regarded as code-exceeding buildings, elasto-plastic time history analysis is needed to validate the requirement of "no collapse under rare earthquake". In this paper, a 117-story super high-rise building is discussed. It has a height of 597 m and a height-width ratio of 9.5, which have both exceeded the limitations stipulated by the Chinese Design Codes. Mega columns adopted in this structure have cross section area of about $45m^2$ at the bottom, which is infrequent in practical projects. NosaCAD and Perform-3D, both widely used in nonlinear analyses, were chosen in this study, with which two model were established and analyzed, respectively. Elasto-plastic time history analysis was conducted to look into its seismic behavior, emphasizing on the stress state and deformation abilities under intensive seismic excitation.From the comparisons on the results under rare earthquake obtained from NosaCAD and Perform-3D, the overall responses such as roof displacement, inter story drift, base shear and damage pattern of the whole structure from each software show agreement to an extent. Besides, the deformation of the structure is below the limitation of the Chinese Codes, the time sequence and distribution of damages on core tubes are reasonable, and can dissipate certain inputted energy, which indicates that the structure can meet the requirement of "no collapse under rare earthquake".
Masoomeh Naraghi;S. Mohammad Mirhosseini;Hossein Rahami;Abdolreza S. Moghadam
Steel and Composite Structures
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v.53
no.2
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pp.155-167
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2024
Identifying the location of earthquake-induced damage in buildings and mitigating its impact, especially in low-damage systems such as rocking frames, is a significant challenge for structural engineers. Therefore, it is crucial to investigate the sensitivity and type of damage of buildings exposed to severe earthquakes to concentrate damage in predefined locations that can be repaired easily. This paper explores the seismic responses of a Self-Centering Rocking Steel Braced Frame (SCR-SBF) under far-field and near-field ground motions. This earthquake-resistant system includes components such as post-tensioning cables to provide frame self-centering, eliminate residual drift in the system, and replaceable fuses to concentrate the earthquake-induced damage. While previous studies have examined far and near-field earthquakes, their comparative influence on the seismic behavior of structures with a rocking system remains unexplored. This paper presents a novel investigation into the sensitivity of SCR-SBF structures to far and near-field earthquakes. Considering the critical effects of shock and impulse loads on rocking systems, the study aims to assess the effects of near-field earthquakes and compare them to far-field earthquakes on these systems. For this purpose, different response parameters have been calculated under records of far- and near-field earthquakes at three specific ground acceleration levels by incremental nonlinear dynamic analysis. Additionally, the seismic behavior of the SCR-SBF and Steel-Braced Frame (SBF) are compared for near and far-field ground motions. The results show that SCR-SBF systems have better resilience and reduced local failures compared to SBF systems under far and near-field earthquakes, requiring tailored design strategies.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.459-466
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2002
In this study magneto-rheological damper, a kind of semi-active device, is used to reduce the response of pier and girder of bridge structure subjected to seismic excitation and as a effective semi-active control method fuzzy control technique considering nonlinear behavior of the damper dynamics. By Numerical simulations of a nine span continuous bridge system subjected to various earthquakes, fuzzy control technique is compared with existing clipped optimal control technique in control performance which reduces displacement of pier and girder simultaneously. In the comparison of the control performance within a control force limit, it is confirmed that presented fuzzy control technique more efficiently reduce the pier and girder displacement than clipped optimal control technique based on optimal control theory.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.859-864
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2001
For earthquake resistance design, a response modification factor is used to reduce the design strength and it reflects ductility, reserve strength, redundancy and damping effect. But this factor has not theoretical basis. In this study, two response modification factors are compared and analyzed for shear wall apartment building.; the one is introduced by ATC-19 Procedures, the other is suggested FEMA-273 and ATC-40 through nonlinear static analysis. For the results, ATC-19 procedure gives a reasonable estimation to R factor. But $R_{u}$ by using FEAM-273 and ATC-40 methods is estimated so small in case of a minor or moderate earthquake region. Due to this fact, response modification factor is smaller than suggested load criterion 3.0. So, it needs to decrease wall volume and reduce the global strength and system stiffness for proper ductile behavior matching to domestic load criterion.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.04a
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pp.426-431
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2001
Seismic performance of base isolated rigid-mass model were studied through shaking table tests. Friction pendulum systems (FPS), pure-friction systems with laminated rubber bearing (LRB) were selected for the comparison of performance. Performance of specially designed isolation systems were tested statically using actuator and dynamically using shaking table. Numerical methods were developed to simulate the nonlinear behavior of the frictional base isolation systems. Two models were considered. one is modified Bouc-Wen model considering breakaway coefficient of friction and the other is classical Coulomb model. The results of numerical methods are found to be in very good agreement with test results.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.129-136
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2005
Concentrically braced steel frames are considered as being quite prone to soft-story response due to the degradation in brace compressive resistance after buckling under severe ground motions. When combined with the system P-Delta effects, collapse of the concentrically braced frames by dynamic instability becomes a highly probable. In this study, a new, relatively simple dynamic instability coefficient was proposed for diagonally braced steel frames by considering the strength degradation of the brace after buckling. Nonlinear dynamic analysis was conducted to check the robustness of the proposed index based on simulated ground motions. The analysis results showed that the dynamic instability index proposed predicts the collapse potential more consistently than the conventional one. Dynamic instability was triggered when the index value was close to 0.7.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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