Some conventional lateral load patterns for pushover analysis, and proposing a new accurate pattern was investigated in present research. The new proposed load pattern has load distribution according weight and stiffness variation in height and mode shape of structure. The assessment of pushover application with mentioned pattern in X type braced steel frames and steel moment resisting frames, with stiffness and mass variation in height, was studied completely and the obtained results were compared with nonlinear dynamic analysis method (including time history analysis). The methods were compared from standpoints of some basic parameters such as displacement, drift and shape of lateral load pattern. It is concluded that proposed load pattern results are closer to nonlinear dynamic analysis (NDA) compared to other pushover load patterns especially in tall and medium-rise buildings having different stiffness and mass during the height.
Pushover analysis captures the behavior of a structure from fully elastic to collapse. In this analysis, the structure is subjected to increasing lateral load with constant gravity one. Neglecting the effects of the higher modes and the changes in the vibration characteristics during the nonlinear analysis are the main obstacles of the proposed lateral load patterns. To overcome these drawbacks, whereas some methods have been presented to achieve updated lateral load distribution, these methods are not precisely capable to predict the response of structures, precisely. In this study, a new method based on optimization procedure is developed to obtain a lateral load pattern for which the difference between the floor displacements of pushover and Nonlinear Dynamic Analyses (NDA) is minimal. For this purpose, an optimization problem is considered and the genetic algorithm is applied to calculate optimal lateral load pattern. Three special moment resisting steel frames with different dynamic characteristics are simulated and their optimal load patterns are derived. The floor displacements of these frames subjected to the proposed and conventional load patterns are acquired and the accuracy of them is evaluated via comparing with NDA responses. The outcomes reveal that the proposed lateral load distribution is more accurate than the previous ones.
In order to evaluate the seismic performance of a reinforced concrete building structure, four different analyses are carried out. Firstly, conventional pushover analysis with code-specified inverted triangular load pattern is conducted. Secondly, the pushover analysis with uniform load pattern is performed. Thirdly, adaptive pushover analyses with spectral amplification for both EC 8 artificial and Northridge earthquake are carried out. Lastly, Incremental dynamic analyses under a number of scaled PGA for both EC 8 artificial and Northridge earthquake record are performed. Comparative studies demonstrate that the adaptive pushover analysis may be able to explain the response characteristics that conventional pushover analysis with fixed load distribution fails to capture.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.381-384
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2006
In order to evaluate the seismic performance of a reinforced concrete building structure, four different analyses are carried out. Firstly, conventional pushover analysis with code-specified inverted triangular load pattern is conducted. Secondly, the pushover analysis with uniform load pattern is performed. Thirdly, adaptive pushover analyses with spectral amplification for both EC 8 artificial and Northridge earthquake are carried out. Lastly, incremental dynamic analyses under a number of scaled PGA for both EC 8 artificial and Northridge earthquake record are performed. Comparative studies demonstrate that the adaptive pushover analysis may be able to explain the response characteristics that conventional pushover analysis with fixed load distribution fails to capture.
Nonlinear Static Procedures (NSPs) have been developed as a practical tool to estimate the seismic demand of structures. Several researches have accomplished to minimize errors of NSPs, namely pushover procedures, in the Nonlinear Time History Analysis (NTHA), as the most exact method. The most important issue in a typical pushover procedure is the pattern and technique of loading which are extracted based on structural dynamic fundamentals. In this paper, the coefficients of modal force combination is focused involving a meta-heuristic optimization algorithm to find the optimum load pattern which results in a response with minimum amount of errors in comparison to the NTHA counterpart. Other parameters of the problem are based on the FEMA recommendations for pushover analysis of building structures. The proposed approach is implemented on a high-rise 20 storey concrete moment resisting frame under three earthquake records. In order to demonstrate the effectiveness and robustness of the studied procedure the results are presented beside other well-known pushover methods such as MPA and the FEMA procedures, and the results show the efficiency of the proposed load patterns.
'Stepped building' frames, with vertical geometric irregularity, are now increasingly encountered in modern urban constructions. This paper proposes a new approach to determine the lateral load pattern, considering the contributions from the higher modes, suitable for pushover analysis of stepped buildings. Also, a modification to the displacement coefficient method of ASCE/SEI 41-13 is proposed, based on nonlinear time history analysis of 78 stepped frames. When the newly proposed load pattern is combined with the modified displacement coefficient method, the target displacement for the stepped building frame is found to match consistently the displacement demand given by the time history analysis.
The recommended factored design wind load effects for overhead lattice transmission line towers by codes and standards are evaluated based on the applicable wind load factor, gust response factor and design wind speed. The current factors and design wind speed were developed considering linear elastic responses and selected notional target safety levels. However, information on the nonlinear inelastic responses of such towers under extreme dynamic wind loading, and on the structural capacity curves of the towers in relation to the design capacities, is lacking. The knowledge and assessment of the capacity curve, and its relation to the design strength, is important to evaluate the integrity and reliability of these towers. Such an assessment was performed in the present study, using a nonlinear static pushover (NSP) analysis and incremental dynamic analysis (IDA), both of which are commonly used in earthquake engineering. For the IDA, temporal and spatially varying wind speeds are simulated based on power spectral density and coherence functions. Numerical results show that the structural capacity curves of the tower determined from the NSP analysis depend on the load pattern, and that the curves determined from the nonlinear static pushover analysis are similar to those obtained from IDA.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.3
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pp.203-210
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2006
A procedure for determining the lateral load pattern for pushover analysis which includes higher mode effects is presented in this study. It is well-known that the details of future earthquakes at particular site is almost impossible to predict accurately and that the code-design spectra try to represent at least the average nature of probable future earthquakes. Thus the code-design spectrum is directly used as the input earthquakes in this paper when incorporating higher mode effects in the pushover analysis so that the efforts for selecting input motions and constructing response spectrum needed in some existing method could be avoided. A case study based on the time history analysis of a irregular steel moment frame showed that the procedure proposed in this study generally outperforms various pushover analysis procedures of ATC-40 and FEMA 273. However, the proposed procedure tended to be conservative as compared with the time history analysis method.
The use of reinforced concrete (RC) shear walls (SW) as an efficient lateral load-carrying system has gained recent attention. However, creating openings in RC shear walls is unavoidable due to architectural requirements. This reduces the walls' strength and stiffness, resulting in the development of wall piers. In this study, the cyclic behavior of RC shear walls with openings, reinforced with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets in various patterns, was numerically investigated. Finite element analysis (FEA) using ABAQUS software was employed. Additionally, the retrofitting of sub-standard buildings (5, 10, and 15-story structures) designed based on the old and new versions of the Iranian Code of Practice for Seismic-Resistant Structures was evaluated. Nonlinear static analyses, specifically pushover analyses, were conducted on the structures. The best pattern of CFRP wrapping was determined and utilized for retrofitting the sub-standard structures. Various structural parameters, such as load-carrying capacity, ductility, stress contours, and tension damage contours, were compared to assess the efficiency of the retrofit solution. The results indicated that the load-carrying capacity of the sub-standard structures was lower than that of standard ones by 57%, 69%, and 67% for 5, 10, and 15-story buildings, respectively. However, the retrofit solution utilizing CFRP showed promising results, enhancing the capacity by 10-25%. The retrofitted structures demonstrated increased yield strength, ultimate strength, and ductility through CFRP wrapping and effectively prevented wall slipping.
Multi-scale model can take both computational efficiency and accuracy into consideration when it is used to conduct elasto-plastic seismic response analysis for complex steel bridges. This paper proposed a method based on pushover analysis of member sharing the same section pattern to verify the accuracy of multi-scale model. A deck-through type steel arch bridge with a span length of 200m was employed for seismic response analysis using multi-scale model and fiber model respectively, the validity and necessity of elasto-plastic seismic analysis for steel bridge by multi-scale model was then verified. The results show that the convergence of load-displacement curves obtained from pushover analysis for members having the same section pattern can be used as a proof of the accuracy of multi-scale model. It is noted that the computational precision of multi-scale model can be guaranteed when length of shell element segment is 1.40 times longer than the width of section where was in compression status. Fiber model can only be used for the predictions of the global deformations and the approximate positions of plastic areas on steel structures. However, it cannot give exact prediction on the distribution of plastic areas and the degree of the plasticity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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