This paper presents seismic performance and reliability evaluation on steel-timber hybrid shear wall systems composed of steel moment resisting frames and infill light frame wood shear walls. Based on experimental observations, damage assessment was conducted to determine the appropriate damage-related performance objectives for the hybrid shear wall systems. Incremental time-history dynamic analyses were conducted to establish a database of seismic responses for the hybrid systems with various structural configurations. The associated reliability indices and failure probabilities were calculated by two reliability methods (i.e., fragility analysis and response surface method). Both methods yielded similar estimations of failure probabilities. This study indicated the greatly improved seismic performance of the steel-timber hybrid shear wall systems with stronger infill wood shear walls. From a probabilistic perspective, the presented results give some insights on quantifying the seismic performance of the hybrid system under different seismic hazard levels. The reliability-based approaches also serve as efficient tools to assess the performance-based seismic design methodology and calibration of relative code provisions for the proposed steel-timber hybrid shear wall systems.
Park, Jae-Seong;Kang, Chang-Hoon;Shon, Su-Deok;Lee, Seung-Jae
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.3
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pp.19-28
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2018
Key factors that ensure competitiveness of modular unit include consistent high quality and connection condition that ensures high structural performance while minimizing the overall scale of the on-site process. However, it is difficult to evaluate the structural performance of the connection of modular unit, and its structural analysis and design method can be different depending on the connection to its development, which affects the seismic performance of its final design. In particular, securing the seismic performance is the key to designing modular systems of mid-to-high-rise structure. In this paper, therefore, the seismic performance of the modular system with bracket-typed fully restrained moment connections according to stiffness and the shapes of various connection members was evaluated through experimental and analytical methods. To verify the seismic performance, a cyclic loading test of the connection joint of the proposed modular system was conducted. As a result of this study, theoretical values and experimental results were compared with the initial stiffness, hysteresis behavior and maximum bending moment of the modular system. Also, the connection joint was modeled, using the commercial program ANSYS, which was then followed by finite element analysis of the system. According to the results of the experiment, the maximum resisting force of the proposed connection exceeded the theoretical parameters, which indicated that a rigid joint structural performance could be secured. These results almost satisfied the criteria for connection bending strength of special moment frame listed on KBC2016.
Türkiye has made significant changes and updates in both seismic risk maps and design codes over time, as have other countries with high seismic risk. In this study, the last two seismic design codes and risk maps were compared for the Aegean Region (Western Türkiye) where the earthquake risk has once again emerged with the 2020 Izmir Earthquake (Mw=6.9). In this study, information about the seismicity of the Aegean Region was given. The seismic parameters for all provinces in the region were compared with the last two earthquake risk maps. The spectral acceleration coefficients of all provinces have increased and differentiated with the current seismic hazard map as a result of the design spectra used on a regional basis have been replaced by the geographical location-specific design spectra. In addition, section damage limits were obtained for all provinces within the scope of the last two seismic design codes. Structural analyses for a sample reinforced-concrete building were made separately for each province using pushover analysis. The deformations in the cross-sections were compared with the limit states corresponding to the damage levels specified in the last two seismic design codes for the region. Target displacement requests for all provinces have decreased with the current code. The differentiation of geographical location-specific design spectra both in the last two seismic design code and between provinces has caused changes in section damages and building performance levels. The main aim of this study is to obtain and compare both seismic and structural analysis results for all provinces in the Aegean Region (Western Türkiye).
Shape memory alloys (SMA) exhibit superelasticity which refers to the capability of entirely recovering large deformation upon removal of applied forces and dissipating input energy during the cyclic loading reversals when the environment is above the austenite finish temperature. This property is increasingly favored by the earthquake engineering community, which is currently developing resilient structures with prompt recovery and affordable repair cost after earthquakes. Compared with the other SMAs, NiTi SMAs are widely deemed as the most promising candidate in earthquake engineering. This paper contributes to evaluate the seismic performance of properly designed concentrically braced frames (CBFs) equipped with NiTi SMA braces under earthquake ground motions corresponding to frequently-occurred, design-basis and maximum-considered earthquakes. An ad hoc seismic design approach that was previously developed for structures with idealized SMAs was introduced to size the building members, by explicitly considering the strain hardening characteristics of NiTi SMA particularly. The design procedure was conducted to compliant with a suite of ground motions associated with the hazard level of design-basis earthquake. A total of four six-story CBFs were designed by setting different ductility demands for SMA braces while designating with a same interstory drift target for the structural systems. The analytical results show that all the designed frames successfully met the prescribed seismic performance objectives, including targeted maximum interstory drift, uniform deformation demand over building height, eliminated residual deformation, controlled floor acceleration, and slight damage in the main frame. In addition, this study indicates that the strain hardening behavior does not necessarily impose undesirable impact on the global seismic performance of CBFs with SMA braces.
Park, Yeoun-Soo;Choi, Sun-Min;Lee, Byung-Geun;Seo, Byung-Chul;Park, Sun-Joon
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.301-306
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2008
The present seismic analysis of Road-Bridge Design Standard is on a basis of load-vased analysis which lets structures have the strength over load. In this study, the capacity spectrum method, a kind of displacement based method, which is evaluated by displacement of structure, is presented as an alternative to the analysis method based on load. Seismic capacity is performed about the existing reinforced concrete pier which has already secured seismic design by capacity spectrum method. As a result, capacity spectrum method could realistically evaluate the non-elastic behavior of structures easilly and quickly and the displacement of structures for variable ground motion level. And it could efficiently apply to an evaluation of seismic capacity about the existing structures and a verification of design for capacity target of the structure. We propose the seisemic performance method by using the Finite Element Analysis Program.
It is widely recognized that the preferred yielding mechanism for a hybrid coupled wall structure is that all coupling beams over the height of the structure yield in shear prior to formation of plastic hinges in structural walls. The objective of the study is to provide feasible approaches that are able to promote the preferred seismic performance of hybrid coupled walls. A new design methodology is suggested for this purpose. The coupling ratio, which represents the contribution of coupling beams to the resistance of system overturning moment, is employed as a fundamental design parameter. A series of nonlinear time history analyses on various representative hybrid coupled walls are carried out to examine the adequacy of the design methodology. While the proposed design method is shown to be able to facilitate the desired yielding mechanism in hybrid coupled walls, it is also able to reduce the adverse effects caused by the current design guidelines on the structural design and performance. Furthermore, the analysis results reveal that the state-of-the-art coupled wall design guidelines could produce a coupled wall structure failing to adequately exhaust the energy dissipation capacity of coupling beams before walls yield.
The rotation capacity of the moment connections could significantly influence on the seismic performance of steel moment resisting frames. Current seismic provisions require that beam-to-column connections in Intermediate Moment Frames (IMF) should have a drift capacity as large as 0.02 radian. The objective of this study was to evaluate the effect of the rotation capacity of moment connections on the seismic performance of high-rise IMFs. For this purpose, thirty- and forty-story high-rise IMFs were designed according to the current seismic design provisions. The seismic performance of designed model frames was evaluated according to FEMA P695. This study showed that the forty-story IMF satisfied the seismic performance objective specified in FEMA P695 when the rotation capacity of the connections was larger than 0.02. However, thirty-story IMFs satisfied the performance objective when the connection rotation capacity is larger than 0.03.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.5
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pp.53-58
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2002
A recent development, a concrete-filled steel(CFS) pier is an alternative to a reinforced concrete bridge pier in an urban area, because of its fast construction and excellent ductility against earthquakes. The capacity of CFS piers has not been used to a practical design, because there is no guide of a seismic design for CFS piers. Therefore, the guide of a seismic design value is derived from tests of CFS piers in order to apply it to a practical seismic design. Steel piers and concrete-filled steel piers are tested with constant axial load using quasi-static cyclic lateral load to check ductile capacity and using the real Kobe ground motion of pseudo-dynamic test to verify seismic performance. The results prove that CFS piers have more satisfactory ductility and strength than steel piers and relatively large hysteretic damping in dynamic behaviors. The seismic performance of steel and CFS piers is quantified on the basis of the test results. These results are evaluated through comparison of both the response modification factor method by elastic response spectrum and the performance-based design method by capacity spectrum and demand spectrum using effective viscous damping. The response modification factor of CFS piers is presented to apply in seismic design on a basis of this evaluation for a seismic performance.
The study on the performance of the nonlinear friction tuned mass dampers (FTMD) for the mitigation of the seismic responses of the structures is a topic that still inspires the efforts of researchers. The present paper aims to carry out a numerical study on the optimum tuning of TMD and FTMD parameters using a multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm including soil-structure interaction (SSI) effects for seismic applications. Considering a 3-story structure, the performances of the optimized TMD and FTMD are compared with the uncontrolled structure for three types of soils and the fixed base state. The simulation results indicate that, unlike TMDs, optimum tuning of FTMD parameters for a large preselected mass ratio may not provide a best and optimum design. For low mass ratios, optimal selection of friction coefficient has an important key to enhance the performance of FTMDs. Consequently, a free parameter search of all FTMD parameters provides a better performance in comparison with considering a preselected mass ratio for FTMD in the optimum design stage of the FTMD. Furthermore, the SSI significant effects on the optimum design of the TMD and FTMD. The simulation results also show that the FTMD provides a better performance in reducing the maximum top floor displacement and acceleration of the building in different soil types. Moreover, the performance of the TMD and FTMD decrease with increasing soil softness, so that ignoring the SSI effects in the design process may give an incorrect and unrealistic estimation of their performance.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2000.04a
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pp.259-266
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2000
This study was conducted to investigate the seismic behavior assessment of circular reinforcement concrete bridge piers particularly with regard to assessing the displacement ductility curvature ductility response modification factor(R) and plastic hinge region etc, The experimental variables of bridge piers test consisted of transverse steel details amount and spacing different axial load levels etc. The test results indicated that reinforcement concrete bridge piers with confinement steel by the code specification exhibited suffcient ductile behavior and seismic performance. Also it is found that current seismic design code specification of confinement steel requirements may be revised.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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