Bafti, Farzad Ghaderi;Mortezaei, Alireza;Kheyroddin, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.6
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pp.651-665
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2019
Past earthquakes have shown that appropriately designed and detailed buildings with shear walls have great performance such a way that a considerable portion of inelastic energy dissipation occurs in these structural elements. A plastic hinge is fundamentally an energy diminishing means which decrease seismic input energy through the inelastic deformation. Plastic hinge development in a RC shear wall in the areas which have plastic behavior depends on the ground motions characteristics as well as shear wall details. One of the most generally used forms of structural walls is flanged RC wall. Because of the flanges, these types of shear walls have large in-plane and out-of-plane stiffness and develop high shear stresses. Hence, the purpose of this paper is to evaluate the main characteristics of these structural components and provide a more comprehensive expression of plastic hinge length in the application of performance-based seismic design method and promote the development of seismic design codes for shear walls. In this regard, the effects of axial load level, wall height, wall web and flange length, as well as various features of earthquakes, are examined numerically by finite element methods and the outcomes are compared with consistent experimental data. Based on the results, a new expression is developed which can be utilized to determine the length of plastic hinge area in the flanged RC shear walls.
In this study, a new recentering friction device (RFD) to retrofit steel moment frame structures is introduced. The device provides both self-centering and energy dissipation capabilities for the retrofitted structure. A hybrid performance-based seismic design procedure considering multiple limit states is proposed for designing the device and the retrofitted structure. The design of the RFD is achieved by modifying the conventional performance-based seismic design (PBSD) procedure using computational intelligence techniques, namely, genetic algorithm (GA) and artificial neural network (ANN). Numerous nonlinear time-history response analyses (NLTHAs) are conducted on multi-degree of freedom (MDOF) and single-degree of freedom (SDOF) systems to train and validate the ANN to achieve high prediction accuracy. The proposed procedure and the new RFD are assessed using 2D and 3D models globally and locally. Globally, the effectiveness of the proposed device is assessed by conducting NLTHAs to check the maximum inter-story drift ratio (MIDR). Seismic fragilities of the retrofitted models are investigated by constructing fragility curves of the models for different limit states. After that, seismic life cycle cost (LCC) is estimated for the models with and without the retrofit. Locally, the stress concentration at the contact point of the RFD and the existing steel frame is checked being within acceptable limits using finite element modeling (FEM). The RFD showed its effectiveness in minimizing MIDR and eliminating residual drift for low to mid-rise steel frames models tested. GA and ANN proved to be crucial integrated parts in the modified PBSD to achieve the required seismic performance at different limit states with reasonable computational cost. ANN showed a very high prediction accuracy for transformation between MDOF and SDOF systems. Also, the proposed retrofit showed its efficiency in enhancing the seismic fragility and reducing the LCC significantly compared to the un-retrofitted models.
A computationally-efficient method for multi-criteria optimisation is developed for performance-based seismic design of friction energy dissipation dampers in RC structures. The proposed method is based on the concept of Uniform Distribution of Deformation (UDD), where the slip-load distribution along the height of the structure is gradually modified to satisfy multiple performance targets while minimising the additional loads imposed on existing structural elements and foundation. The efficiency of the method is demonstrated through optimisation of 3, 5, 10, 15 and 20-storey RC frames with friction wall dampers subjected to design representative earthquakes using single and multi-criteria optimisation scenarios. The optimum design solutions are obtained in only a few steps, while they are shown to be independent of the selected initial slip loads and convergence factor. Optimum frames satisfy all predefined design targets and exhibit up to 48% lower imposed loads compared to designs using a previously proposed slip-load distribution. It is also shown that dampers designed with optimum slip load patterns based on a set of spectrum-compatible synthetic earthquakes, on average, provide acceptable design solutions under multiple natural seismic excitations representing the design spectrum.
Seismic assessment and retrofitting of existing structure is a complicated work that typically requires more sophisticated analyses than performing a new design. Before the implementation of a Code for seismic design of buildings (GBJ 11-89), not enough attention has been paid on seismic performance of structures and a great part of the existing reinforced concrete structures built in China have been poorly designed according to the new version of the same code (GB 50011-2010). This paper presents a case study of seismic assessment of a non-seismically designed reinforced concrete building in China. The structural responses are evaluated using the nonlinear static procedure (the so-called pushover analysis), which requires its introduction within a process that allows the estimation of the demand, against which the capacity is then compared with. The capacity of all structural members can be determined following the design code. Based on the structural performance, suitable retrofitting strategies are selected and implemented to the existing system. The retrofitted structure is analyzed again to check the effectiveness of the rehabilitation. Different types of retrofitting strategy are discussed and classified according to their complexity and benefits. Finally, a proper intervention methodology is utilized to upgrade this typical low-rise non-ductile building.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.187-193
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2001
The object of this research is to evaluate the seismic performance of existing circular reinforced concrete bridge piers by the Quasi-static test. Existing reinforced concrete bridge piers, which were non-seismical]y designed in accordance with the conventional provisions of Korea Highway Design Specification, are needed to rating evaluate seismic performance fur probable earthquake motions in future by developing a seismic analysis computer program with estimation algorithm. This study has been performed to verify the effect of lap spliced longitudinal steel, confinement steel type and confinement steel ratio for the seismic behavior of reinforced concrete bridge piers. Quasi-static test has been done to investigate the physical seismic performance of RC bridge piers, such as displacement ductility, energy absorption, strength degradation etc.
In this paper, the incremental nonlinear dynamic analysis is used to evaluate the seismic performance of steel moment frame structures. To this purpose, three special moment frame structure with 5, 10 and 15 stories are designed according to the Iran's national building code for steel structures and the provisions for design of earthquake resistant buildings (2800 code). Incremental Nonlinear Analysis (IDA) is performed for 15 different ground motions, and responses of the structures are evaluated. For the immediate occupancy and the collapse prevention performance levels, the probability that seismic demand exceeds the seismic capacity of the structures is computed based on FEMA350. Also, fragility curves are plotted for three high-code damage levels using HASUS provisions. Based on the obtained results, it is evident that increase in the height of the frame structures reduces the reliability level. In addition, it is concluded that for the design earthquake the probability of exceeding average collapse prevention level is considerably larger than high and full collapse prevention levels.9.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.6
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pp.267-275
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2020
In the event of an earthquake, non-structural components require seismic performance to ensure evacuation routes and to protect lives from falling non-structural components. Accordingly, the seismic design code proposes horizontal force for the design and evaluation of non-structural components. Ground motion observed on each floor is affected by a building's eigen vibration mode. Therefore, the earthquake damage of non-structural components is determined by the characteristics of the non-structural component system and the vibration characteristics of the building. Floor response spectra in the seismic design code are estimated through time history analysis using seismic waves. However, it is difficult to use floor response spectra as a design criterion because of user-specific uncertainties of time history analysis. In addition, considering the response characteristics of high-rise buildings to long-period ground motions, the safety factor of the proposed horizontal force may be low. Therefore, this study carried out the horizontal force review proposed in the seismic design code through dynamic analysis and evaluated the floor response of seismic waves considering buildings and predominant periods of seismic waves.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.4
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pp.201-209
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2019
Response modification factors of school facilities for non-seismic RC moment frames with partial masonry infills in 'Manual for Seismic Performance Evaluation and Retrofit of School Facilities' published in 2018 were investigated in the preceding study. However, since previous studies are based on 2D frame analysis and limited analysis conditions, additional verification needs to be performed to further apply various conditions including orthogonal effect of seismic load. Therefore, this study is to select appropriate response modification factors of school facilities for non-seismic RC moment frames with partial masonry infills by 3D frame analysis. The results are as follows. An appropriate response modification factor for non-seismic RC moment frames with partial masonry infills is proposed as 2.5 for all cases if the period is longer than 0.6 seconds. Also if the period is less than 0.4 seconds and the ratio of shear-controlled columns is less than 30%, 2.5 is chosen too. However, if the period is less than 0.4 seconds and the ratio of shear-controlled columns is higher than 30%, the response modification factor shall be reduced to 2.0. If the period is between 0.4 and 0.6 seconds, then linearly interpolates the response correction factor.
This paper tested 11 concrete-encased concrete-filled steel tube (CFST) composite columns and one reinforced concrete column under combined axial compression and lateral loads. The primary parameters, including the loading system, axial compression ratio, volume stirrup ratio, diameter-to-thickness ratio of the steel tube, and stirrup form, were varied. The influence of the parameters on the failure mode, strength, ductility, energy dissipation, strength degradation, and damage evolution of the composite columns were revealed. Moreover, a two-parameter nonlinear seismic damage model for composite columns was established, which can reflect the degree and development process of the seismic damage. In addition, the relationships among the inter-story drift ratio, damage index and seismic performance level of composite columns were established to provide a theoretical basis for seismic performance design and damage assessments.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.09a
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pp.371-378
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2002
The design concepts using vibration reduction techniques, or structural control, have been proposed recently to protect infrastructure against earthquakes. The magnetorheological(MR) fluid damper is one of the most promising new devices for structural vibration reduction because of its mechanical simplicity, high dynamic range, low power requirement, large force capacity and robustness. In this study, the seismic performance of MR devices are compared with that of NZ systems as an attempt to provide some data for improving seismic design techniques applied to structures. For nonlinear time domain analysis of a base isolation system, a six-story building model is considered as a numerical example. The ground acceleration data of El Centre 1940, Mexico City 1985 and Kobe 1995 earthquakes are used as seismic excitations. The results show that MR damper systems for outperform NZ systems in wide-ranging seismic excitations with respect to intensity and period characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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