Anand S. Ingle;Shiv D. Bharti;Mahendra K. Shrimali;Tushar K. Datta
Earthquakes and Structures
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v.27
no.5
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pp.345-359
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2024
Seismic performance evaluation of precast building frames is of great importance because precast buildings have failed during earthquakes in the past. The present work evaluates the seismic performance of a 10-story precast building frame using pushover analysis (POA). Three types of precast connections are incorporated in the study, and the corresponding monolithic connections in the frame are utilized to evaluate the relative performances of the precast frames. A pushover analysis is performed for frames with each type of connection, and three performance points (PP) are identified: one in the elastic range, the second in the elastoplastic range, and the third in the near collapse state. The PP is obtained using the average response spectrum of an ensemble of seven earthquake records belonging to three types of earthquakes: a far field, a near field with a directivity effect, and a near field with a fling step effect. At the PP, responses obtained from POA are compared with the average responses of the nonlinear time history analysis (NLTHA). The response quantities of interest include maximum base shear, maximum top displacement, and maximum inter-story drift ratio (MIDR). Additionally, performance evaluation includes the study of the characteristics of the fragility curves corresponding to four defined damage states similar to those defined by HAZUS for nonlinear static analysis. The fragility curves are developed based on peak ground acceleration (PGA). The results of the study indicate that depending on the performance points, a maximum of 30% difference in responses between POA and NLTHA is observed. Furthermore, the nature of the fragility curves of the precast and monolithic frame could be different in the higher damage state; however, the same may not be significant for the lower damage state.
The presented paper considers infill masonry walls' influence on the seismic reliability of precast concrete frames. The recent Bojnord earthquake on May 13th, 2017 in Iran (MW 5.4) illustrated that the infill masonry walls play a crucial role in the damage extent and life safety issues of inhabitants in the precast concrete buildings. The incremental dynamic analysis (IDA) approach was used to determine the fragility curves of the represented damaged precast frame. Then, by integrating site hazard and structural fragilities, the seismic reliability of the represented precast frame was evaluated in different damage limit states. Additionally, the static pushover analysis (SPA) approach was used to assess the seismic performance assessment of the precast frame. Bare and infilled frames were modeled as 2D frames employing the OpenSees software platform. The multi-strut macro-model method was employed for infill masonry simulation. Also, a relatively efficient and straightforward nonlinear model was used to simulate the nonlinear behavior of the precast beam-column joint. The outputs show that consideration of the masonry infilled wall effect in all spans of the structural frame leads to a decrease in the possibility of exceedance of specified damage limit states in the structures. In addition, variation of hazard curves for buildings with and without consideration of infilled walls leads to a decrease in the reliability of the building's frames with masonry infilled walls. Furthermore, the lack of infill walls in the first story significantly affects the precast concrete frame's seismic reliability and performance.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2018.05a
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pp.12-13
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2018
The purpose of this study is to propose a prototype of an artificial reef primarily composed of space frames and precast concrete members, and also to investigate the structural performance of the reef. The results described in this research confirm that the proposed artificial reef has a structural capacity to withstand 300 kN.
Shimizu Corporation Tokyo Headquarters, one of the city's leading office buildings, features many pioneering technologies that contribute to a sustainable society through environmental stewardship and a sophisticated disaster management facility. In terms of structural engineering, a seismic isolation system incorporating reinforced concrete core walls and precast concrete perimeter frames create a robust structure in the event of a large earthquake. In addition to the seismic resistance of the structure, several pioneering construction methods and materials are adopted. This office building can serve as a basis for new design and construction approaches and methodologies to ensure safe and economical structures.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2014.11a
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pp.96-97
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2014
Green Frame is a column-beam structure built by steel frame joints embedded in the columns and beams. Here, the steel frame embedded in the columns and beams is not a standardized product, instead it needs to be order-produced. The quantity for each steel frame size should be calculated to estimate the quantity of steel frames to be manufactured. However, it is highly time-consuming and requires a lot of effort in calculating the quantity of steel frames, for there are a wide range of steel frame types that are embedded in the columns and beams. To solve this problem, the study proposes an algorithm for calculation of the amount of steel frames with ease and promptness. When a program is developed using the algorithm proposed in the study in connection to the information on precast concrete members prepared in the design phase, it is anticipated that the manpower required as well as the manufacturing time will be decreased.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2018.11a
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pp.14-15
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2018
Logistics facilities are characterized by wide spans and high flooring, most of which are constructed with PC (Precast Concrete) methods to meet a wide range of commercial and industrial needs. However, the PC structure is a pin joint design, and the construction cost is increased due to the restrictions caused by the installation process, and the construction period is lengthened. In order to solve the above problem, SMART Frame, which is a structural system similar to the steel frame structure, was developed by embedding a steel frame at both ends of the PC. The purpose of this study is to analyze the erection time reduction effect of steel connected precast concrete components (SMART frames) for long span and heavy loaded logistics buildings compared to existing PC frames. For this study, a logistics building constructed with pin joint PC components is selected as a case. The result is compared with the existing PC frame to confirm the erection time reduction effect.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.24
no.4
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pp.413-424
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2024
To expedite construction of small precast concrete buildings using dry joints, this study developed and evaluated a connector system for solid slabs. The research included a comprehensive literature review on seismic design requirements for precast concrete floors, followed by an analytical evaluation of the connector's bearing capacity in 3-story buildings. Experimental assessments were conducted to determine the in-plane and out-of-plane capacities of the newly designed semi-circular connector. Finally, the constructability of both the semi-circular and flat connector configurations was compared through tests on single-story precast concrete frames.
The seismic design of a two-storey precast reinforced-concrete building structure equipped with viscous dampers is presented in this paper with twofold purpose. The first goal is to verify the applicability of a practical procedure for the identification of the mechanical characteristics of the viscous dampers which allow to achieve target performance levels, originally proposed by the authors for moment-resisting building frames, also with reference to "pendular" structures. The second goal is to investigate the effectiveness of the use of viscous dampers (as compared with traditional lateral-resisting stiff braces) for the seismic design of precast not moment-resisting concrete structures.
Hong, Won-Kee;Nguyen, Van Tien;Nguyen, Manh Cuong;Nkundimana, Eric
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.05a
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pp.12-13
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2021
Methods for the manufacture, erection, and assembly of heavy frame modules were proposed. Interferences among precast members were prevented by using bolted metal plates for dry precast beam-to-column joints during assembly with a clearance for tolerance implementing grouted concrete filler plates instead of metal filler plates. Clearances for tolerances were provided to avoid conflictions among components during erection phases. These gaps were, then, grouted by high-strength mortar. The constructability of new connections of a beam-to-column joint using bolted metal plates for precast structures was examined using a full-scale assembly test in which practical observations indicated that members could be aligned and placed accurately in both horizontal and vertical directions, leading to a fast and convenient assembling. Bolt holes of the endplate were properly aligned using couplers with 30 mm fastened length embedded in the columns. The assembly test demonstrated the erection safety and structural stability of the proposed joints that were without filler plates when they were subjected to heavy loads at the time of their erection. The facile and rapid assembly of precast beam-to-column connections with a 30 mm tolerance was observed. The proposed assembly method is rapid, sustainable, and resilient, replacing the conventional methods of concrete frame construction, offering a connection that can be used in constructing infrastructure, such as buildings and pipe-rack frames.
A Precast frame system with hybrid beam-column connections was proposed in this study. An analytical study evaluated the system under seismic loadings. Four buildings with different heights were modeled in which each building had three types of joint details (A. B, C). Thus, twelve buildings were examined with variables such as building height and joint detail. Four earthquake records were applied to the buildings as input ground motions. All the records were normalized to the intensity of 0.25g to assess behavior under the same intensity of seismic excitation. All the joint types showed almost identical results except for the Mexico earthquake which was scaled up from 0. 1g to 0.25g. Buildings with the type C joint exhibited the largest deflection for the Mexico earthquake. It was concluded that type B joint could be used in a high seismic zone and the type C joint could possibly be used in the regions of low to medium seismic activity.
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