Nonlinear seismic performances of code designed Perforated Steel Plate Shear Walls (P-SPSW) were studied. Three multi-storey (4-, 8-, and 12-storey) P-SPSWs were designed according to Canadian seismic provisions and their performance was evaluated using time history analysis for ground motions compatible with Vancouver response spectrum. The selected code designed P-SPSWs exhibited excellent seismic performance with high ductility and strength. The current code equation was found to provide a good estimation of the shear strength of the perforated infill plate, especially when the infill plate is yielded. The applicability of the strip model, originally proposed for solid infill plate, was also evaluated for P-SPSW and two different strip models were studied. It was observed that the strip model with strip widths equal to center to center diagonal distance between each perforation line could reasonably predict the inelastic behavior of unstiffened P-SPSWs. The strip model slightly underestimated the initial stiffness; however, the ultimate strength was predicted well. Furthermore, applicability of simple shear-flexure beam model for determination of fundamental periods of P-SPSWs was studied.
Kim, Hyoung-Seop;Min, Kyung-Won;Lee, Sang-Hyun;Park, Ji-Hun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.1
s.41
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pp.9-16
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2005
The purpose of this paper is to present a design procedure of a friction damper for controlling elastic and inelastic responses of building structures under earthquake excitation. The equivalent damping and period increased by the friction damper are estimated using ATC-40 and ATC-55 procedures which provide equivalent linear system for bilinear one, and then a design formula to achieve target performance response level by the friction damper is presented. It is identified that there exists error between the responses obtained by this formula and by performing nonlinear analysis and the features of the error vary according to the hardening ratio, yield strength ratio, and structural period. Equations for compensating the error are proposed based on the least square method, and the results from numerical analysis indicate that the error is significantly reduced. The proposed formula can be used without much error for designing a friction damper for retrofitting a structure showing elastic or inelastic behavior.
Kawai, M.;Zhang, J.Q.;Saito, S.;Xiao, Y.;Hatta, H.
Advanced Composite Materials
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v.18
no.3
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pp.265-285
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2009
Off-axis compressive deformation behavior of a unidirectional CFRP laminate at high temperature and its strain-rate dependence in a quasi-static range are examined for various fiber orientations. By comparing the off-axis compressive and tensile behaviors at an equal strain rate, the effect of different loading modes on the flow stress level, rate-dependence and nonlinearity of the off-axis inelastic deformation is elucidated. The experimental results indicate that the compressive flow stress levels for relatively larger off-axis angles of $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $90^{\circ}$ are about 50 percent larger than in tension for the same fiber orientations, respectively. The nonlinear deformations under off-axis tensile and compressive loading conditions exhibit significant strain-rate dependence. Similar features are observed in the fiber-orientation dependence of the off-axis flow stress levels under tension and compression and in the off-axis flow stress differential in tension and compression, regardless of the strain rate. A phenomenological theory of viscoplasticity is then developed which can describe the tension-compression asymmetry as well as the rate dependence, nonlinearity and fiber orientation dependence of the off-axis tensile and compressive behaviors of unidirectional composites in a unified manner. It is demonstrated by comparing with experimental results that the proposed viscoplastic constitutive model can be applied with reasonable accuracy to predict the different, nonlinear and rate-dependent behaviors of the unidirectional composite under off-axis tensile and compressive loading conditions.
This paper investigates the response of nonstructural components in the presence of nonlinear behavior of the primary structure considering the near-fault pulse-like ground motions. A database of 81 near-fault pulse-like ground motions is used to examine the effect of these ground motions on the response of nonstructural components. For comparison, a database of 573 non-pulse-like ground motions selected from the PEER database is also employed. The effects of peak ground velocity (PGV), maximum incremental velocity (MIV), primary structural degrading behavior and damping of nonstructural components are evaluated and discussed statistically. Results are presented in terms of amplification factor which quantifies the effect of inelastic deformations of the primary structure on subsystem responses. The results indicate that the near-fault pulse-like ground motions can significantly increase the amplification factors of nonstructural components with primary structural period and the magnitude of increase can reach 17%. The effect of PGV and MIV on amplification factors tends to increase with the increase of primary structural ductility. The near-fault pulse-like ground motions are more dangerous to components supported by structures with strength and stiffness degrading behavior than ordinary ground motions. A new simplified formulation is proposed for the application of amplification factors for design of nonstructural components for near-fault pulse-like ground motions.
Herrera, Ricardo A.;Muhummud, Teerawut;Ricles, James M.;Sause, Richard
Steel and Composite Structures
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v.43
no.3
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pp.327-340
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2022
A vast amount of experimental and analytical research has been conducted related to the seismic behavior and performance of concrete filled steel tubular (CFT) columns. This research has resulted in a wealth of information on the component behavior. However, analytical and experimental data for structural systems with CFT columns is limited, and the well-known behavior of steel or concrete structures is assumed valid for designing these systems. This paper presents the development of an analytical model for nonlinear analysis of composite moment resisting frame (CFT-MRF) systems with CFT columns and steel wide-flange (WF) beams under seismic loading. The model integrates component models for steel WF beams, CFT columns, connections between CFT columns and WF beams, and CFT panel zones. These component models account for nonlinear behavior due to steel yielding and local buckling in the beams and columns, concrete cracking and crushing in the columns, and yielding of panel zones and connections. Component tests were used to validate the component models. The model for a CFT-MRF considers second order geometric effects from the gravity load bearing system using a lean-on column. The experimental results from the testing of a four-story CFT-MRF test structure are used as a benchmark to validate the modeling procedure. An analytical model of the test structure was created using the modeling procedure and imposed-displacement analyses were used to reproduce the tests with the analytical model of the test structure. Good agreement was found at the global and local level. The model reproduced reasonably well the story shear-story drift response as well as the column, beam and connection moment-rotation response, but overpredicted the inelastic deformation of the panel zone.
Lee, Cheol Ho;Kim, Seon Woong;Lee, Kyung Koo;Han, Kyu Hong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.3
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pp.267-275
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2009
This paper presents the behavior of column-removed double-span beams in welded steel moment frames and proposes a simplified nonlinear dynamic analysis method for the preliminary evaluation of progressive collapse potential. The nonlinear finite element analysis and the associated analytical study showed that the column gravity load and the beam span-to-depth ratio govern the maximum dynamic deformation demand of the double-span beams. Based on these results, the concept of a collapse spectrum, which describes the relationship between the gravity load parameter and the maximum chord rotation of the double-span beams, was newly proposed. A procedure for the application of the collapse spectrum to multi-story welded steel moment frames was then suggested. The inelastic dynamic finite element analysis results showed that the proposed method gives satisfactory prediction of the nonlinear progressive collapse behavior of welded steel moment frames.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.4
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pp.39-48
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2022
The energy dissipation of inverted V-type eccentric steel braced frames can be achieved through the yielding of a slit link, through yielding of a number of strips between slits when the frame is subjected to inelastic cyclic deformation. On the other hand, the development of seismic resistance system without residual deformation is obtained by applying the superelasdtic shape memory alloy (SMA) material into the brace and link elements. This paper presents results from a systematic three-dimensional nonlinear finite element analysis on the structural behavior of the eccentric bracing systems subjected to cyclic loadings. A wide scope of structural behaviors explains the horizontal stiffness, hysteretic behaviors, and failure modes of the recentering eccentric bracing system. The accurate results presented here serve as benchmark data for comparison with results obtained using modern experimental testing and alternative theoretical approaches.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.6
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pp.275-281
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2023
The demand for high-strength steel is rising due to its economic efficiency. Low-cycle fatigue (LCF) tests have been conducted to investigate the nonlinear behaviors of high-strength steel. Accurate material models must be used to obtain reliable results on seismic performance evaluation using numerical analyses. This study uses the combined hardening model to simulate the LCF behavior of high-strength steel. However, it is challenging and complex to determine material model parameters for specific high-strength steel because a highly nonlinear equation is used in the model, and several parameters need to be resolved. This study used the particle swarm algorithm (PSO) to determine the model parameters based on the LCF test data of HSA 650 steel. It is shown that the model with parameter values selected from the PSO accurately simulates the measured LCF curves.
A new strut-tie model using secant stiffness, Direct Inelastic Strut-Tie Model, was developed. Since basically the proposed design method uses linear analysis, it is convenient and stable in numerical analysis. At the same time, the proposed design method can accurately estimate the inelastic strength and ductility demands of struts and ties because it can analyzes the inelastic behavior of structure using iterative calculations for secant stiffness. In the present study, the procedure of the proposed design method was established, and a computer program incorporating the proposed method was developed. Design examples using the proposed method were presented, and its advantages were highlighted by the comparison with the traditional strut-tie model. The Direct Inelastic Strut-Tie Model, as an integrated analysis/design method, can directly address the design strategy intended by the engineer to prevent development of macro-cracks and brittle failure of struts. Since the proposed model can analyze the inelastic deformation, indeterminate strut-tie model can be used. Also, since the proposed model controls the local deformations of struts and ties, it can be used as a performance-based design method for various design criteria.
Moon, Ji Ho;Yoon, Ki Yong;Cho, Yong Rae;Lee, Hak Eun
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.3
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pp.301-310
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2006
If arches are braced by lateral restraints, the ultimate strength of arches is determined by in-plane buckling and plastic bending collapse. This paper is conducted to investigate the in-plane nonlinear elastic and inelastic buckling behavior and the strength of fixed parabolic arches in uniform compresion, as well as to study arch behaviors against non-uniform in-plane compression and bending. As shown by the results, the limit slenderness ratio is suggested to classify the bucklingmode. Buckling strength of fixed parabolic arches under uniform compresion are evaluated using buckling curve for a straight column. Finally, an interaction e quation for arches under combined axial compresion and bending action is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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