Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.4
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pp.39-49
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2003
This research is a part of a research program to develope a new design method for reinforced concrete bridge columns under axial load and cyclic lateral load. A nonlinear analytical method is proposed to obtain moment-curvature relationship and lateral load-displacement relationship. Various analytical models that contribute seismic behavior of reinforced concrete bridge columns are adopted and modified by comparing quasi-static test results of reinforced concrete columns with spirals of circular hoops. The analysis adopts confined concrete model, longitudinal reinforcement test result of reinforced concrete columns with spirals or circular hoops. The analysis adopts confined concrete model, etc. The results obtained using the propose analytical method agree well with test results and give conservative estimations particularly for deformation capacity and ductility.
Considerable part of reinforced concrete building has suffered from destructive earthquakes in Turkey. This situation makes necessary to determine nonlinear behavior and seismic performance of existing RC buildings. Inelastic response of buildings to static and dynamic actions should be determined by considering both flexural plastic hinges and brittle shear hinges. However, shear capacities of members are generally neglected due to time saving issues and convergence problems and only flexural response of buildings are considered in performance assessment studies. On the other hand, recent earthquakes showed that the performance of older buildings is mostly controlled by shear capacities of members rather than flexure. Demand estimation is as important as capacity estimation for the reliable performance prediction in existing RC buildings. Demand estimation methods based on strength reduction factor (R), ductility (${\mu}$), and period (T) parameters ($R-{\mu}-T$) and damping dependent demand formulations are widely discussed and studied by various researchers. Adopted form of $R-{\mu}-T$ based demand estimation method presented in Eurocode 8 and Turkish Earthquake Code-2007 and damping based Capacity Spectrum Method presented in ATC-40 document are the typical examples of these two different approaches. In this study, eight different existing RC buildings, constructed before and after Turkish Earthquake Code-1998, are selected. Capacity curves of selected buildings are obtained with and without considering the brittle shear capacities of members. Seismic drift demands occurred in buildings are determined by using both $R-{\mu}-T$ and damping based estimation methods. Results have shown that not only capacity estimation methods but also demand estimation approaches affect the performance of buildings notably. It is concluded that including or excluding the shear capacity of members in nonlinear modeling of existing buildings significantly affects the strength and deformation capacities and hence the performance of buildings.
The occurrence of progressive collapse induced by the removal of the vertical load-bearing element in the structure, because of fire or earthquake, has been a significant challenge between structural engineers. Progressive collapse is defined as the complete failure or failure of a part of the structure, initiating with a local rupture in a part of the building and can threaten the stability of the structure. In the current study, the behavior of the structures equipped with a cylindrical friction damper, when the vertical load-bearing elements are eliminated, is considered in two cases: 1-The load-bearing element is removed under the gravity load, and 2-The load-bearing element is removed due to the earthquake lateral forces. In order to obtain a generalized result in the seismic case, 22 pair motions presented in FEMA p 695 are applied to the structures. The study has been conducted using the vertical push down analysis for the case (1), and the nonlinear time-history analysis for the second case using OpenSEES software for 5,10, and 15-story steel frames. Results indicate that, in the first case, the load coefficient, and accordingly the strength of the structure equipped with cylindrical friction dampers are increased considerably. Furthermore, the results from the second case demonstrate that the displacements, and consequently the forces imposed to the structure in the buildings equipped with the cylindrical friction damper substantially was reduced. An optimum slip load is defined in the friction dampers, which permits the damper to start its frictional damping from this threshold load. Therefore, the optimum slip load of the damper is calculated and discussed for both cases.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.1
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pp.55-62
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2002
The upper wall-lower frame structures(mixed building structures) are usually composed of shear wall structure in the upper part of structure which is used as residential space and frame structure in the lower part of structure which is used as commercial space centering around the transfer system in the lower part of structure. These structures are characteristics of stiffness irregularity, mass irregularity, and vertical geometric irregularity. The purpose of this study is to investigate the nonlinear response characteristics and the seismic capacity of mixed building structures when the number of stories in the lower frame is varied. The conclusions of this study are following. 1) As the result of push-over analysis of structure such as roof drift(i.e. roof displacement/structural height) and base shear coefficient, when the stories of lower frame system are increased, base shear coefficient is decreased, but roof drift is increased. 2) According to an increase in stories of the lower fame, story drift and ductility ratio of upper wall system are decreased and behavior of upper wall system is closed to elastic. 3) When the stories of lower frame system are increased, the excessive story drift is concentrated on the lower frame system.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.1
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pp.19-30
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2014
In this study nonlinear FEM analysis for steel pylon base of a cable supported bridge is performed in order to compare the results of Akashi-Kaikyo bridge's design specification established in 1970. Due to convenience of its application, the Akashi grand bridge's design specification has been applied to the base design of cable stayed bridges. It has been using linear spring in order to model prestressed high tensioned bars between steel pylon bottom plates and the base concrete. However, the results of nonlinear FEM analysis revealed that the Akashi-Kaikyo bridge's design specification has various problems in the analysis of the steel pylon base. And the steel pylon base has various complex members connecting with each other, and it is main member to resist against the wind load or the earthquake load. Therefore, the nonlinear FEM analysis has to be conducted in order to predict the behavior of steel pylon base exactly. Also, the nonlinear FEM analysis is more reasonable for the load and resistant factor design.
This article presents a computationally efficient framework for multi-objective seismic design optimization of steel moment-resisting frame (MRF) structures based on the nonlinear dynamic analysis procedure. This framework employs the uniform damage distribution philosophy to minimize the weight (initial cost) of the structure at different levels of damage. The preliminary framework was recently proposed by the authors based on the single excitation and the nonlinear static (pushover) analysis procedure, in which the effects of record-to-record variability as well as higher-order vibration modes were neglected. The present study investigates the reliability of the previous framework by extending the proposed algorithm using the nonlinear dynamic design procedure (optimization under multiple ground motions). Three benchmark structures, including 4-, 8-, and 12-story steel MRFs, representing the behavior of low-, mid-, and high-rise buildings, are utilized to evaluate the proposed framework. The total weight of the structure and the maximum inter-story drift ratio (IDRmax) resulting from the average response of the structure to a set of seven ground motion records are considered as two conflicting objectives for the optimization problem and are simultaneously minimized. The results of this study indicate that the optimization under several ground motions leads to almost similar outcomes in terms of optimization objectives to those are obtained from optimization under pushover analysis. However, investigation of optimal designs under a suite of 22 earthquake records reveals that the damage distribution in buildings designed by the nonlinear dynamic-based procedure is closer to the uniform distribution (desired target during the optimization process) compared to those designed according to the pushover procedure.
Distributed-Steel Bar Reinforced Concrete (DSBRC) columns, a new and innovative construction technique for composite steel and concrete material which can alleviate the difficulty in the arrangement of the stirrup in the column, were studied experimentally and analytically in this paper. In addition, an ordinary steel Reinforced Concrete (SRC) column was also tested for comparison purpose. The specimens were subjected to quasi-static load reversals to model the earthquake effect. The experimental results including the hysteresis curve, resistance recession, skeleton curves and ductility ratio of columns were obtained, which showed well resistant-seismic behavior for DSBRC column. Meanwhile a numerical three-dimensional nonlinear finite-element (FE) analysis on its mechanical behavior was also carried out. The numerically analyzed results were then compared to the experimental results for validation. The parametric studies and investigation about the effects of several critical factors on the seismic behavior of the DSBRC column were also conducted, which include axial compression ratios, steel ratio, concrete strength and yield strength of steel bar.
Bazzaz, Mohammad;Andalib, Zahra;Kafi, Mohammad Ali;Kheyroddin, Ali
Earthquakes and Structures
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v.8
no.3
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pp.699-712
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2015
Bracing structures with off-centre bracing system is one of the new resistant systems that frequently used in the frame with pin connections. High ductility, high-energy dissipation and decrease of base shear are advantages of this bracing system. However, beside these advantages, reconstruction and hard repair of off-centre bracing system cause inappropriate performance in the earthquake. Therefore, in this paper, the goal is investigating the behavior of this type of bracing system with ductile element (circular dissipater), in order to providing replacement of damaged member without needing repair or reconstruction of the general system. To achieve this purpose, some numerical studies have been performed using ANSYS software, a frame with off-centre bracing system and optimum eccentricity (OBS-C-O) and another frame with the same identifications without ductile element (OBS) has been created. In order to investigate precisely on the optimum placement of circular elements under monotonic load again three steal frames were modeled. Furthermore, the behavior of this general system investigated for the first time, linear and nonlinear behavior of these two steel frames compared to each other, to achieve the benefit of using the circular element in an off-centre bracing system. Eventually, the analytical results revealed that the performance of steel ring at the end of off-centre braces system illustrating as a first defensive line and buckling fuse in the off-centre bracing system.
The buckling of longitudinal reinforcements under seismic loading accelerates the degradation of the bearing capacity of reinforced concrete columns. The traditional hysteretic constitutive model of reinforcement, which does not consider buckling, usually overestimates the seismic performance of pier columns. Subsequent researchers have also proposed many models including the buckling effects. However, the accuracy of these hysteretic constitutive models proposed for simulating the buckling behavior is inadequate. In this study, based on their works, the influence of historical events on buckling is considered, the path of the re-tensioning phase is corrected by adjusting the boundary lines, and the positions of the onset buckling point and compressive buckling path during each buckling deformation are corrected by introducing correction parameters and a boundary line. A modified hysteretic constitutive model is obtained, that can more accurately reflect the buckling behavior of reinforcements. Finally, a series of hysteresis tests of reinforcements with different slenderness ratios were then conducted. The experimental results verify the effectiveness of the proposed modified model. Indicating that the modified model can more accurately simulate the equivalent stress-strain relationship of the buckling reinforcement segment.
This study proposes a new damper configuration for seismic performance improvement of heavy sliding facilities inside a building. For this purpose, we deal with two connection types of control system, and the parametric study has been performed to investigate their comparative seismic performances according to the variations of the control capacity. In order to simulate the seismic responses of the proposed system, we employed a recently-developed seismic response analysis method that can deal with the two-mass system with nonlinear frictional sliding behavior. The numerical results demonstrate that the typical method of diagonal bracing damper connection can exhibit effective control performance both on structure and the heavy sliding facilities, whereas the structure-facilities connection method does not show any control effect on both responses. On the other hand, the typical method has some limitations that it can adversely cause excessive sliding of the facilities, depending upon the frequency characteristics of structure and earthquake. On the contrary, the structure-facilities connection method is very effective in reducing the sliding displacement of the heavy facilities, even with small amount of control capacity. Thus, the following potential expectations can be inferred from these results: The typical diagonal bracing damper connection method will have some promising benefits in controlling the sliding facilities inside the building as well as the building itself, and the structure-facilities connection method can be a cost-effective way of protecting the internal heavy important facilities inside the structure already designed with sufficient seismic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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