Han, Bin;Sun, J.B.;Heidarzadeh, Milad;Jam, M.M. Nemati;Benjeddou, O.
Steel and Composite Structures
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v.41
no.5
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pp.761-773
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2021
This study presents a 3D non-linear finite element (FE) assessment of dynamic soil-structure interaction (SSI). The numerical investigation has been performed on the time domain through a Finite Element (FE) system, while considering the nonlinear behavior of soil and the multi-directional nature of genuine seismic events. Later, the FE outcomes are analyzed to the recorded in-situ free-field and structural movements, emphasizing the numerical model's great result in duplicating the observed response. In this work, the soil response is simulated using an isotropic hardening elastic-plastic hysteretic model utilizing HSsmall. It is feasible to define the non-linear cycle response from small to large strain amplitudes through this model as well as for the shift in beginning stiffness with depth that happens during cyclic loading. One of the most difficult and unexpected tasks in resolving soil-structure interaction concerns is picking an appropriate ground motion predicted across an earthquake or assessing the geometrical abnormalities in the soil waves. Furthermore, an artificial neural network (ANN) has been utilized to properly forecast the non-linear behavior of soil and its multi-directional character, which demonstrated the accuracy of the ANN based on the RMSE and R2 values. The total result of this research demonstrates that complicated dynamic soil-structure interaction processes may be addressed directly by passing the significant simplifications of well-established substructure techniques.
An, Hyojoon;Cho, Baiksoon;Park, Ju-Hyun;Lee, Jong-Han
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.3
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pp.287-295
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2023
The collapse of bridges due to earthquakes results in many casualties and property damages. Thus, accurate prediction and preparation are required for the behavior of bridges during earthquakes. In particular, columns play an important role in the seismic behavior of bridges. The risk of collapse due to an earthquake increases when there is a problem of the insufficient lap splice in the column. In this study, to analyze the characteristics of the lap splice in the column, a numerical model was defined for the insufficient lap-spliced columns and verified using experimental data. The developed column model was applied to a commonly used RC slab bridge. Nonlinear static analysis for the column was performed to evaluate the change in the performance of the column according to the lap-spliced length. In addition, this study assessed the effect of the lap-spliced length on the seismic fragility analysis.
In eccentrically braced steel frames (EBFs), the links are fuse members which enter inelastic phase before other structure members and dissipate the seismic energy. Based on the force-based seismic design method, damages and plastic deformations are limited to the links, and the main structure members are required tremendous sizes to ensure elastic with limited or no damage. Force-based seismic design method is very common and is found in most design codes, it is unable to determine the inelastic response of the structure and the damages of the members. Nowadays, methods of seismic design are emphasizing more on performance-based seismic design concept to have a more realistic assessment of the inelastic response of the structure. Links use ordinary steel Q345 (the nominal yielding strength $f_y{\geq}345MPa$) while other members use high strength steel (Q460 $f_y{\geq}460MPa$ or Q690 $f_y{\geq}690MPa$) in eccentrically braced frames with high strength steel combination (HSS-EBFs). The application of high strength steels brings out many advantages, including higher safety ensured by higher strength in elastic state, better economy which results from the smaller member size and structural weight as well as the corresponding welding work, and most importantly, the application of high strength steel in seismic fortification zone, which is helpful to popularize the extensive use of high strength steel. In order to comparison seismic behavior between HSS-EBFs and ordinary EBFs, on the basis of experimental study, four structures with 5, 10, 15 and 20 stories were designed by PBSD method for HSS-EBFs and ordinary EBFs. Nonlinear static and dynamic analysis is applied to all designs. The loading capacity, lateral stiffness, ductility and story drifts and failure mode under rare earthquake of the designs are compared. Analyses results indicated that HSS-EBFs have similar loading capacity with ordinary EBFs while the lateral stiffness and ductility of HSS-EBFs is lower than that of EBFs. HSS-EBFs and ordinary EBFs designed by PBSD method have the similar failure mode and story drift distribution under rare earthquake, the steel weight of HSS-EBFs is 10%-15% lower than ordinary EBFs resulting in good economic efficiency.
Lim, Hyun-Kyu;Lee, Young-Geun;Kang, Jun Won;Chi, Ho-Seok;Cho, Ho-Hyun;Kim, Moon-Soo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.429-436
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2014
This paper presents the seismic performance of a geometrically unsymmetrical reinforced concrete building considering torsional effect and material nonlinearity of concrete and steel. The reinforced concrete building is a structure for seismic performance evaluation in the SMART-2013 international benchmark program. Nonlinear constitutive models for concrete and steel were constructed, and their numerical performance was demonstrated by various local tests. Modal analysis showed that the first three natural frequencies and mode shapes were close to the experimental results from the SMART-2013 program. In the time history analysis for low-intensity seismic loadings, displacement and acceleration responses at sampling points were similar to the experimental results. In the end, nonlinear time history analysis was conducted for Northridge earthquake to predict the behavior of the reinforced concrete structure under high-intensity seismic loadings.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.6
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pp.629-636
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2011
It has been suggested that buildings designed for strong ground motions will also have improved resistance to air blast loads. As an initial attempt to quantify this behavior, the responses of a ten story steel building, designed for the 1994 building code, with lateral resistance provided by perimeter moment frames, is considered. An analytical model of the building is developed and the magnitude and distribution of blast loads on the structure are estimated using available computer software that is based on empirical methods. To obtain the relationship between pressure, time duration, and standoff distance, these programs are used to obtain an accurate model of the air blast loading. A hemispherical surface burst for various explosive weights and standoff distances is considered for generating the air blast loading and determining the structural response. Linear and nonlinear analyses are conducted for these loadings. Air blast demands on the structure are compared to current seismic guidelines. These studies present the displacement responses, story drifts, demand/capacity ratio and inelastic demands for this structure.
A parametric study was conducted to investigate the seismic deformation demands in terms of drift ratio, plastic base rotation and compression strain on rectangular wall members in frame-wall systems. The wall index defined as ratio of total wall area to the floor plan area was kept as variable in frame-wall models and its relation with the seismic demand at the base of the wall was investigated. The wall indexes of analyzed models are in the range of 0.2-2%. 4, 8 and 12-story frame-wall models were created. The seismic behavior of frame-wall models were calculated using nonlinear time-history analysis and design spectrum matched ground motion set. Analyses results revealed that the increased wall index led to significant reduction in the top and inter-story displacement demands especially for 4-story models. The calculated average inter-story drift decreased from 1.5% to 0.5% for 4-story models. The average drift ratio in 8- and 12-story models has changed from approximately 1.5% to 0.75%. As the wall index increases, the dispersion in the calculated drifts due to ground motion variability decreased considerably. This is mainly due to increase in the lateral stiffness of models that leads their fundamental period of vibration to fall into zone of the response spectra that has smaller dispersion for scaled ground motion data set. When walls were assessed according to plastic rotation limits defined in ASCE/SEI 41, it was seen that the walls in frame-wall systems with low wall index in the range of 0.2-0.6% could seldom survive the design earthquake without major damage. Concrete compressive strains calculated in all frame-wall structures were much higher than the limit allowed for design, ${\varepsilon}_c$=0.0035, so confinement is required at the boundaries. For rectangular walls above the wall index value of 1.0% nearly all walls assure at least life safety (LS) performance criteria. It is proposed that in the design of dual systems where frames and walls are connected by link and transverse beams, the minimum value of wall index should be greater than 0.6%, in order to prevent excessive damage to wall members.
The objective of this experiment is to observe the elastic and inelastic behaviors of high-rise reinforced concrete frames having non-seismic details. To do this, a building frame designed according to Korean seismic code and detailed in the Korean conventional practice was selected. A 1:12 scale plane frame model was manufactured according to similitude law. A reversed lateral load test and a monotonic pushover test were performed under the displacement control. To simulate the earthquake effects, the lateral force distribution was maintained to be an inverse triangle by using a whiffle tree. From the tests, base shears, crack pattern, local rotations in the ends of critical members and the relations between interstory drift versus story shear are obtained. Based on test results, conclusions are drawn on the implications of the elastic and inelastic behaviors of a high-rise reinforced concrete frame having non-seismic details.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.1
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pp.9-18
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2023
The purpose of this paper is to review the appropriateness of the application method for the value of the damping ratio suggested in the current design standards and evaluation guidelines when evaluating the seismic performance of concrete dams and to suggest improvements. As a result of the study, for the magnitude of the damping ratio in the dynamic elastic analysis, it is necessary to refer to the case of a similar dam in which the magnitude of the earthquake load is similar and the reproducibility of the damping ratio has been verified. Considering this, it is necessary to apply a low damping ratio and consider adding hysteresis damping in case of nonlinear behavior. In addition, since the concrete dam body located on the rock has insignificant radiation attenuation effect, it is not reasonable to increase the damping ratio of the concrete dam body to reflect the radiation damping. Therefore, in order to evaluate the realistic seismic performance of concrete dams, it is necessary to revise the damping ratio-related contents contained in the current dam design standards and evaluation guidelines.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.2
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pp.37-44
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2023
In the case of a school building, even though it is a regular structure in terms of plan shape, if the masonry infill wall acts as a lateral load resisting element, it can be determined as a torsionally irregular building. As a result, the strength and ductility of the structure are reduced, which may cause additional earthquake damage to the structure. Therefore, in this study, a structure similar to a school building with torsional irregularity was selected as an example structure and the damping performance of the PC-BRB was analyzed by adjusting the eccentricity according to the amount of masonry infilled wall. As a result of nonlinear dynamic analysis after seismic reinforcement, the torsional irregularity of each floor was reduced compared to before reinforcement, and the beams and column members of the collapse level satisfied the performance level due to the reduction of shear force and the reinforcement of stiffness. The energy dissipation of PC-BRB was similar in the REC-10 ~ REC-20 analytical models with an eccentricity of 20% or less. REC-25 with an eccentricity of 25% was the largest, and it is judged that it is effective to combine and apply PC-BRB when it has an eccentricity of 25% or more to control the torsional behavior.
Md. Ghousul Ansari;Sekhar C. Dutta;Aakash S. Dwivedi;Ishan Jha
Earthquakes and Structures
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v.27
no.3
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pp.227-237
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2024
The incidence angle of seismic excitation relative to the two orthogonal major axes of structures has been a subject of considerable research interest. Previous studies have primarily focused on single-storey symmetric and asymmetric structures, suggesting a minimal effect of incidence angle on structural behavior. This research extends the investigation to multi-storey structures, including vertically irregular configurations, using a comprehensive set of 20 near fault and 20 far field seismic excitation. The study employs nonlinear time-history analysis with a bidirectional hysteresis model to capture inelastic deformations accurately. Various structural models, including one-storey and two- storey regular structures (R1, R2) and vertically irregular structures with setbacks in one direction (IR1) and both directions (IR2), are analysed. The analysis reveals that the incidence angle has no discernible impact over the response of regular multi-storey structures. However, vertically irregular structures exhibit notable responses at corner columns, which decrease towards central columns, irrespective of the incidence angle. This response is attributed to the inherent mass distribution and stiffness irregularities rather than the angle of seismic excitation. The findings indicate that for both near fault and far field seismic excitation, the incidence angle's impact remains marginal even for complex structural configurations. Consequently, the study suggests that the angle of incidence of seismic excitation need not be a primary consideration in the seismic design of both regular and vertically irregular structures. These conclusions are robust across various structural models and seismic excitation characteristics, providing a comprehensive understanding the impact of incidence angle on seismic response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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