The present study investigated the earthquake behavior of R/C structures considering the vertical earthquake motion with the help of a comparative study. For this aim, the linear time-history analyses of a high-rise R/C structure designed according to TSC-2007 requirements were conducted including and excluding the vertical earthquake motion. Earthquake records used in the analyses were selected based on the ratio of vertical peak acceleration to horizontal peak acceleration (V/H). The frequency-domain analyses of the earthquake records were also performed to compare the dominant frequency of the records with that of the structure. Based on the results obtained from the time-history analyses under the earthquake loading with (H+V) and without the vertical earthquake motion (H), the value of the overturning moment and the top-story vertical displacement were found to relatively increase when considering the vertical earthquake motion. The base shear force was also affected by this motion; however, its increase was lower compared to the overturning moment and the top-story vertical displacement. The other two parameters, the top-story lateral displacement and the top-story rotation angle, barely changed under H and H+V loading cases. Modal damping ratios and their variations in horizontal and vertical directions were also estimated using response acceleration records. No significant change in the horizontal damping ratio was observed whereas the vertical modal damping ratio noticeably increased under H+V loading. The results obtained from this study indicate that the desired structural earthquake performance cannot be provided under H+V loading due to the excessive increase in the overturning moment, and that the vertical damping ratio should be estimated considering the vertical earthquake motion.
The phase transition behavior isothermal micro-phase separation kinetics of polyester-based thermoplastic elastomer were studied using the synchrotron X-ray scattering(SAXS) method. The structural changes occurring during heating period were investigated by determining the changes of the one-dimensional correlation function, interfacial thickness and Porod constant. Based on the abrupt increases of the domain spacing and interfacial thickness, a major structural change occurring well below the melting transition temperature is suggested. Those changes are explained in terms of melting of the thermodynamically unstable hard domains or/and the interdiffusion of the hard and soft segments in the interfacial regions. SAXS profile changes during the micro-phase separation process were also clearly observed at various temperatures and the separation rate was found to be sensitively affected by the temperature. The peak position of maximum scattering intensity stayed constant during the entire course of the phase separation process. The scattering data during the isothermal phase separation process was interpreted with the Cahn-Hilliard diffusion equation. The experimental data obtained during the early stage of the phase separation seems to satisfy the Cahn-Hilliard spinodal mechanism. The transition temperature obtained from the extrapolation of the diffusion coefficient to zero value turned out to be about 147$\pm$$2^{\circ}$, which is close to the order-disorder transition temperature obtained from the Porod analysis. The transition temperature was also estimated from the inveriant growth rate. By extrapolating the inveriant growth rate to zero, a transition temperature of about 145$\pm$$\pm$$2^{\circ}$ was obtained.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.1
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pp.45-53
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2020
Analytical and experimental studies show that the dynamic behavior of liquid storage tanks is significantly influenced by the fluid-structure interaction (FSI). The effects of FSI must be rigorously considered for accurate earthquake analysis and seismic design of liquid storage tanks. In this study, a dynamic analysis of a rectangular liquid storage tank subjected to bi-directional earthquake ground motions is performed and its dynamic characteristics are examined, with the effects of FSI rigorously considered. Hydrodynamic pressure is evaluated using the finite-element approach with acoustic elements and applied to the structure. The responses of the rectangular tank subjected to bi-directional earthquake ground motions are thus obtained. It can be observed that the incident angle of bi-directional horizontal ground motions has significant effects on the dynamic responses of the considered system. Therefore, the characteristics of the system must be considered in its seismic design and performance evaluation.
Shaheen, Yousry B.I.;Mahmoud, Ashraf M.;Refat, Hala M.
Structural Engineering and Mechanics
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v.60
no.4
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pp.567-594
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2016
The main objective of the current research is estimating the flexural behavior of ferrocement Ribbed Plates reinforced with composite material. Experimental investigation was carried out on fifteen plates; their dimensions were kept constant at 1200 mm in length, 600 mm width and 100 mm thick but with different volume fraction of steel reinforcement and number of ribs. Test specimens were tested until failure under three line loadings with simply supported conditions over a span of 1100 mm. Cracking patterns, tensile and compressive strains, deformation characteristics, ductility ratio, and energy absorption properties were observed and measured at all stages of loadings. Experimental results were compared to analytical models using ANSYS 10 program. Parametric study is presented to look at the variables that can mainly affect the mechanical behaviors of the model such as the change of plate length. The results showed that the ultimate strength, ductility ratio and energy absorption properties of the proposed ribbed plates are affected by the volume fraction and the type of reinforcement, and also proved the effectiveness of expanded metal mesh and woven steel mesh in reinforcing the ribbed ferrocement plates. In addition, the developed ribbed ferrocement plates have high strength, ductility ratio and energy absorption properties and are lighter in weight compared to the conventional RC ribbed plates, which could be useful for developed and developing countries alike. The Finite Element (FE) simulations gave good results comparing with the experimental results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.259-266
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2012
In this paper the seismic performance of a flat plate wall system structure was evaluated based on the ATC-63 approach, and the results were compared with those of a wall slab structure having the same size. As analysis model structures, a twelve story flat plate wall structure and a wall slab structure were designed based on the KBC-2009, and their seismic performances and collapse behaviors were evaluated by nonlinear static and incremental dynamic analyses(IDA). It was observed that the flat plate wall structure was designed with smaller amount of reinforced concrete, and showed slightly larger displacement response compared with those of the wall slab structure. The collapse margin ratios of the two structures obtained from the incremental dynamic analyses satisfied the limit states specified in the ATC-63, and the structures turned out to have enough capacity to resist the design level seismic load.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.267-275
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2012
In this study, crack growth in a center-cracked plate is predicted under mode I variable amplitude loading, and the result is validated by experiment. Huang's model is employed to describe crack growth with acceleration and retardation due to the variable loading effect. Experiment is conducted with Al6016-T6 plate, in which the load is applied, and crack length is measured periodically. Particle Filter algorithm, which is based on the Bayesian approach, is used to estimate model parameters from the experimental data, and predict the crack growth of the future in the probabilistic way. The prediction is validated by the run-to-failure results, from which it is observed that the method predicts well the unique behavior of crack retardation and the more data are used, the closer prediction we get to the actual run-to-failure data.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.5
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pp.483-491
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2008
The effectiveness of a new fiber-steel composite plate designed specifically to be used for strengthening of reinforced concrete members has been investigated. Twelve reinforced concrete beams were tested. Seven of the beams were strengthened with carbon fiber-steel composite plate(CSP), four of the beams were strengthened with glass fiber-steel composite plate(GSP), and one beam was used as a control specimen. The experimental results showed that new strengthening system controls the premature debonding and provides a more ductile failure mode than other conventional strengthening systems. The observed ductility ratios were $3.01\sim3.81$ and $3.55\sim4.95$ for strengthened beam with CSP and GSP, respectively. The maximum load was increased by 115% and 107% for strengthened beam with CSP and GSP, respectively, comparing with control beam. In addition, experimental and analytical results were well agreed.
In past major earthquakes (1994 Northridge, 1995 Kobe, Chi-Chi 1999, Kocaeli 1999), significant damages occurred in the liquid storage tanks. The basic failure patterns were observed to be the buckling of the tank wall and uplift of the anchorage system. The damages in the industrial facilities and nuclear power plants have caused the spread of toxic substances to the environment and significant fires. Seismic isolation can be used in liquid storage tanks to decouple the structure and decrease the structural demand in the superstructure in case of ground shaking. Previous studies on the use of seismic isolation systems on liquid storage tanks show that an isolation system reduces the impulsive response but might slightly increase the convective one. There is still a lack of understanding of the seismic response of seismically isolated liquid storage tanks considering the fluid-structure interaction. In this study, one broad tank, one medium tank, and one slender tank are selected and designed. Two- and three-dimensional elastomeric bearings are used as seismic isolation systems. The seismic performance of the tanks is then investigated through nonlinear dynamic time-history analyses. The effectiveness of each seismic isolation system on tanks' performance was investigated. Isolator tension forces, modal analysis results, hydrodynamic stresses, strains, sloshing heights and base shear forces of the tanks are compared. The results show that the total base shear is lower in 3D-isolators compared to 2D-isolators. Even though the tank wall stresses, and strains are slightly higher in 3D-isolators, they are more efficient to prevent the tension problem.
The research investigates experimentally the effect of confinement on structural behavior at the ends of beam-column in reinforced concrete (RC) frames. In the experimental study, five specimens consisting of 1/3-scaled RC frames having single-bay, representing the traditional deficiencies of existing buildings constructed without receiving proper engineering service is investigated. The RC frame specimens were produced to represent most of the existing buildings in Turkey that have damage potential. To decrease the probable damage to the existing buildings exposed to earthquakes, the carbon Textile Reinforced Mortar (TRM) strengthening technique (fully wrapping) was used on the ends of the RC frame elements to increase the energy dissipation and deformation capacity. The specimens were tested under reversed cyclic lateral loading with constant axial loads. They were constructed satisfying the weak column-strong beam condition and consisting of low-strength concrete, such as compressive strength of 15 MPa. The test results were compared and evaluated considering stiffness, strength, energy dissipation capacity, structural damping, ductility, and damage propagation in detail. Comprehensive investigations of these experimental results reveal that the strengthening of a brittle frame with fully-TRM wrapping with non-anchored was effective in increasing the stiffness, ductility, and energy dissipation capacities of RC bare frames. It was also observed that the frame-only-retrofitting with an infill wall is not enough to increase the ductility capacity. In this case, both the frame and infill wall must be retrofitted with TRM composite to increase the stiffness, lateral load carrying, ductility and energy dissipation capacities of RC frames. The presented strengthening method can be an alternative strengthening technique to enhance the seismic performance of existing or moderately damaged RC buildings.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.77-83
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2024
The design shear strength equations of RC shear walls have been developed based on their performance under in-plane (IP) loads, thereby failing to account for the potential performance degradation of shear strength when subjected to simultaneous out-of-plane (OOP) loading. Most of the previous experimental studies on RC walls have been conducted in one direction under quasi-static conditions, and due to the difficulty in experimental planning, there is a lack of research on cyclic loading and results under multi-axial loading conditions. During an earthquake, shear walls may yield earlier than their design strength or fail unexpectedly when subjected to multi-directional forces, deviating from their intended failure mode. In this paper, nonlinear analysis in finite element models was performed based on the results of cyclic loading experiments on reinforced concrete shear walls of auxiliary buildings. To investigate the reduction trend in IP shear capacity concerning the OOP load ratio, parametric analysis was conducted using the shear wall FEM. The analysis results showed that as the magnitude of the OOP load increased, the IP strength decreased, with a more significant effect observed as the size of the opening increased. Thus, the necessity to incorporate this strength reduction as a factor for the OOP load effect in the wall design strength equation should be discussed by performing various parametric studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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