For performance-based design using nonlinear static analysis, it is required to predict the inelastic behavior of structural members accurately. In the present study, a nonlinear numerical analysis was peformed to develop the method describing the moment-curvature relationship of structural wall with boundary confinement. Through the numerical analysis, variations of behavioral characteristics and failure mechanism with the arrangement of vertical reinforcement and the length of boundary confinement were studied. According to the analysis, the maximum moment-carrying capacity of structural walls with adequately confined boundary elements is developed at the moment the unconfined concrete reaches the ultimate compressive strain. Walls with flexural re-bars concentrated on the boundaries fails in a brittle manner. As vortical re-bars in the web increases, the brittle failure is prevented and a ductile failure occurs. Based on the findings, moment-curvature curves for walls with a variety of re-bar arrangement were developed. According to the proposed relationships, deformability of the structural walls wth boundary confinement increases as the compressive strength of the confined concrete increases compared to the applied compressive force.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.9
no.1
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pp.171-180
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2005
In this study the seismic performance of a three-story knee-braced moment-resisting frame (KBMRF), which is typically employed to support pipelines for oil or gas, was investigated. Nonlinear static pushover analyses were performed first to observe the force-displacement relationship of KBMRF under increasing seismic load. The results show that, when the maximum inter-story drift reached 1.5% of the story height, the main structural members, such as beams and columns, still remained elastic. Then nonlinear dynamic time-history analyses were carried out using eight earthquake ground motion time-histories scaled to at the design spectrum of UBC-97. It turned out that the maximum inter-story drift was smaller than the drift limit of 1.5 % of the structure height, and that the columns remained elastic. Based on these analytical results, it can be concluded that the seismic performance of the structure satisfies all the requirements regulated in the seismic code.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.3
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pp.1053-1058
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2010
Infinite element approach has been widely used to analysis soil-structure interaction, in which the soil domain is treated as infinite domain. However, most of the developed infinite element has been formulated in the frequency domain rather than the time domain to include the frequency contents of the earthquake or vibration wave. Due to that, those approaches have a critical limitation which is restricted to the linear elastic analysis. To main objective of this research is to develop the infinite element in the time domain to cooperate the inelastic soil and structure behavior. Developed infinite element is verified with the results of finite element analysis modeled in large domain. The nonlinear analysis also conducted to demonstrate the application of developed infinite element. Hence, based on above-mentioned statements, it can be concluded that the propose approach would assist for structure-seismic design.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.4
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pp.191-199
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2003
The inelastic response of many structural steel and reinforced concrete structures subject to extreme loadings can be characterized by elastoplastic behaviors. Although excursion beyond the elastic range is usually not permitted under normal conditions of service, the extent of permanent damage a structure may sustain when subjected to extreme conditions, such as severe blast or earthquake loading, is frequently of interest to the engineer. A blast is usually the result of an explosion defined as a "sudden expansion". This paper discusses the basic concept that defines blast loadings on structures and corresponding elastoplastic structural response (displacement, velocity, and acceleration) and try to explain a crack propagation of concrete in sudden expansion. According to nonlinear finite element analysis, the crack forms of static and dynamic states displayed different in RC structural members. This paper also provides useful data for the dynamic fracture analysis of RC frame structures.
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.
Evaluating nonlinear response of a MDOF system under dynamic stochastic loads such as seismic excitation usually requires excessive computational efforts. To alleviate this computational difficulty, an approximation is developed in which the MDOF inelastic system is replaced by a simple nonlinear equivalent system(ENS).Me ENS retains the most important properties of the original system such as dynamic characteristics of the first two modes and the global yielding behavior of the MDOF system. The system response is described by the maximum global(building) and local(interstory) drifts. The equivalency is achieved by two response scaling factors, a global response scaling factor R/sub G/, and a local response scaling factor R/sub L/, applied to the responses of the ENS to match those of the original MDOF system. These response scaling factors are obtained as functions of ductility and mass participation factors of the first two modes of structures by extensive regression analyses based on results of responses of the MDOF system and the ENS to actual ground accelerations recorded in past earthquakes. To develop the ENS with two response scaling factors, Special Moment Resisting Steel Frames are considered. Then, these response scaling factors are applied to the response of ENS to obtain the nonlinear response of MDOF system.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.5
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pp.74-84
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1996
Dynamic loading of structures often causes excursions of stresses well into the inelastic range and the influence of geometric changes on the dynamic response is also significant in many cases. Therefore, both material and geometric nonlinearity effects should be considered in case that a dynamic load acts on the structure. For developing a program to analyze the dynamic response of an axisymmetric shell in this study, the material nonlinearity effect on the dynamic response was formulated by the elasto-viscoplastic model highly corresponding to the real behavior of the material. Also, the geometrically nonlinear behavior is taken into account using a total Lagrangian coordinate system, and the equilibrium equation of motion was numerically solved by a central difference scheme. A complete finite element program has been developed and the results obtained by it are compared with those in the references 1 and 2. The results are in good agreement with each other. As a case study of its application, the developed program was applied to a dynamic response analysis of a nuclear reinforced concrete containment structure. The results obtained from the' numerical examples are summarized as follows : 1. The dynamic magnification factor of the displacement and the stress were unrelated with the concrete strength. 2. As shown by the results that the displacement dynamic magnification factor were form 1.7 to 2.3 and the stress dynamic magnification factor from 1.8 to 2.5, the dynamic magnification factor of stress were larger than that of displacement. 3. The dynamic magnification factor of stress on the exterior surface was larger than that on the interior surface of the structure.
Kim, Kwang-Joong;Jung, Mi-Roo;Kim, Yeon-Tae;Baek, Ki-Youl;Lee, Jae-Hong
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.5
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pp.47-58
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2008
Spatial structure is an appropriate shape that resists external force only with in-plane force by reducing the influence of bending moment, and it maximizes the effectiveness of structural system. With this character of the spatial structure, generally long span is used. As a result, large deflection is accompanied from the general frame. the structure is apt to result in a large deflection even though this structure experiences a small displacement in absence. Usually, nonlinear analysis in numerical analysis means geometric nonlinearity and material nonlinearity and complex nonlinearity analysis considers both of them. In this study, nonlinear equation of equilibrium considering geometric nonlinearity as per finite element method was applied and also considered the material nonlinearity using the relation of stress-strain in element. It is applied to find unstable result for tracing load-deflection curve in the numerical analysis tech. especially Arc-length method, and result of the analysis was studied by ABAQUS a general purpose of the finite element program. It is found that the present analysis predicts accurate nonlinear behavior of plane and space truss.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.2
s.54
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pp.95-104
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2007
Three types of high-rise RC building structures having irregularity in the lower two stories were selected as prototypes and were performed nonlinear static analysis by using OpenSees to verify the analysis technique and to investigate the seismic capacity of those buildings. The first one has a symmetrical moment resisting frame (Model 1), the second has an infilled shear wall in the central frame (Model 2), and the third has an infilled shear wall only in one of exterior frames (Model 3). Fiber model, which consists of concrete and reinforcing bar represented from stress-strain relationship, is adapted used for simulate the nonlinearity of members, and MVLEM(Multi vertical linear element model) is used for simulate the behavior of wall. The analytical results are simulate the behavior of piloti stories well, for example, the stiffness and yield farce of piloti stories, the up-lift of wall and the variation of lateral stiffness of column due to the variation of axial forces. Overstrength of Model 2 and Model 3 are about 2 times larger than that of Model 1. The reason of the high oversttrength and ductility of Model 2 and Model 3 is that the conservative design of Model 2 and Model 3, whose beam and column sections are the same as those of Model 1. The ductilities of Model 1 and Model 3 are slightly larger than that of Model 1 and Model 3. Model 1 and Model 3 reached mechanism condition, whereas Model 2 failed to the shear failure of shear wall and the large axial forces in columns due to large overturning moment.
The damage suffered by steel structures during the Northridge (1994) and Kobe (1995) earthquakes indicates that the fully restrained (FR) connections in steel frames did not behave as expected. Consequently, researchers began studying other possibilities, including making the connections more flexible, to reduce the risk of damage from seismic loading. Recent experimental and analytical investigations pointed out that the seismic response of steel frames with partially restrained (PR) connections might be superior to that of similar frames with FR connections since the energy dissipation at PR connections could be significant. This beneficial effect has not yet been fully quantified analytically. Thus, the dissipation of energy at PR connections needs to be considered in analytical evaluations, in addition to the dissipation of energy due to viscous damping and at plastic hinges (if they form). An algorithm is developed and verified by the authors to estimate the nonlinear time-domain dynamic response of steel frames with PR connections. The verified algorithm is then used to quantify the major sources of energy dissipation and their effect on the overall structural response in terms of the maximum base shear and the maximum top displacement. The results indicate that the dissipation of energy at PR connections is comparable to that dissipated by viscous damping and at plastic hinges. In general, the maximum total base shear significantly increases with an increase in the connection stiffness. On the other hand, the maximum top lateral displacement $U_{max}$ does not always increase as the connection stiffness decreases. Energy dissipation is considerably influenced by the stiffness of a connection, defined in terms of the T ratio, i.e., the ratio of the moment the connection would have to carry according to beam line theory (Disque 1964) and the fixed end moment of the girder. A connection with a T ratio of at least 0.9 is considered to be fully restrained. The energy dissipation behavior may be quite different for a frame with FR connections with a T ratio of 1.0 compared to when the T ratio is 0.9. Thus, for nonlinear seismic analysis, a T ratio of at least 0.9 should not be considered to be an FR connection. The study quantitatively confirms the general observations made in experimental results for frames with PR connections. Proper consideration of the PR connection stiffness and other dynamic properties are essential to predict dynamic behavior, no matter how difficult the analysis procedure becomes. Any simplified approach may need to be calibrated using this type of detailed analytical study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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