This study investigates the effectiveness of tuned mass dampers (TMDs) in controlling vibrations in low-rise reinforced concrete buildings. It examines both linear and nonlinear behaviors of concrete structures subjected to strong ground motions from the PEER database. The research follows the ASCE 7-16 provisions to model structural nonlinearity. Additionally, the study explores the effect of varying TMD mass ratios on the performance of these systems in real-world conditions. The findings emphasize the importance of accounting for structural nonlinearity in low-rise buildings, highlighting its significant influence on the controlled response under severe seismic excitations. The study suggests including nonlinear analysis in seismic design practices and recommends customizing TMD designs to optimize vibration control. These recommendations have practical implications for enhancing the safety and effectiveness of seismic design practices for low-rise buildings.
This paper presents an experimental study on a 1/2 scale steel frame with archaized-style under the pseudo-dynamic loading. Four seismic waves, including El Centro wave, Taft wave, Lanzhou wave and Wenchuan wave, were input during the test. The hysteresis characteristic, energy dissipation acceleration response, displacement response, strength, stiffness and strain were analyzed. Based on the experiment, the elastoplastic dynamic time-history analysis was carried out with the software ABAQUS. The stress distribution and failure mode were obtained. The results indicate that the steel frame with archaized-style was in elastic stage when the peak acceleration of input wave was no more than 400 gal. Under Wenchuan wave with peak acceleration of 620 gal, the steel frame enters into the elastoplastic stage, the maximum inter-story drift was 1/203 and the bearing capacity still tended to increase. During the loading process, Dou-Gong yielded first and played the role of the first seismic fortification line, and then beam ends and column bottom ends yielded in turn. The steel frame with archaized-style has good seismic performance and meets the seismic design requirement of Chinese code.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.20
no.1
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pp.87-94
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2020
A corrugated steel plate wall (CSPW) system is advantageous to secure the strength and stiffness required for lateral force resistance because of its high out-of-plane stability. It can also stably dissipate large amounts of energy even after peak strength. In this paper, a preliminary study has been carried out to use the CSPW system in the seismic retrofit of existing reinforced concrete (RC) moment frame buildings. The seismic performance for an example building was evaluated, and then a step-by-step retrofit design procedure for the CSPW was proposed. An equivalent analytical model of the CSPW was also introduced for a practical analysis of the retrofitted building, and the strengthening effect was finally evaluated based on the results of nonlinear analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.17
no.6
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pp.293-303
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2013
This paper deals with steel braced frame as increasing the lateral strength and ductility in order to seismic retrofit of existing buildings and discusses the designing criteria and calculation method of retrofitted buildings. The addition of steel braced frame can be effective for increasing the lateral strength and ductility of existing buildings. However, There is a problem in utilizing this method. It is the approach to provide an adequate connection between the existing RC frame and the installed steel braced frame, because global strength by failure mode(three type) depends on detail of connection and strength of existing RC frame. So, the designer must be confirmed if it satisfies the required performance or not. Failure mode of type I is the most appropriate for increasing the lateral strength and ductility. Seismic performance evaluation and strength calculation of seismic retrofit are performed by guideline by KISTEC(Korea Infrastructure Safety & Technology)'s "seismic performance evaluation and rehabilitation of existing buildings" and Japan Building Disaster Prevention Association. Buildings are modeled and non-linear pushover analysis are performed using MIDAS program.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.6
no.3
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pp.165-176
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2012
The aim of this study is to assess the seismic performance of hollow reinforced concrete and prestressed concrete bridge columns, and to provide data for developing improved seismic design criteria. By using a sophisticated nonlinear finite element analysis program, the accuracy and objectivity of the assessment process can be enhanced. A computer program, RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), is used to analyze reinforced concrete and prestressed concrete structures. Tensile, compressive and shear models of cracked concrete and models of reinforcing and prestressing steel were used to account for the material nonlinearity of reinforced concrete and prestressed concrete. The smeared crack approach was incorporated. The proposed numerical method for the seismic performance assessment of hollow reinforced concrete and prestressed concrete bridge columns is verified by comparing it with the reliable experimental results. Additionally, the studies and discussions presented in this investigation provide an insight into the key behavioral aspects of hollow reinforced concrete and prestressed concrete bridge columns.
The research presented in this paper deals with the seismic protection of existing frame structures by means of passive energy dissipation. A displacement-based procedure to design dissipative bracings for the seismic protection of frame structures is proposed and some applications are discussed. The procedure is based on the displacement based design using the capacity spectrum method, no dynamic non linear analyses are needed. Two performance objective have been considered developing the procedure: protect the structure against structural damage or collapse and avoid non-structural damage as well as excessive base shear. The compliance is obtained dimensioning dissipative braces to limit global displacements and interstorey drifts. Reference is made to BRB braces, but the procedure can easily be extended to any typology of dissipative brace. The procedure has been validated through a comparison with nonlinear dynamic response of two 2D r.c. frames, one bare and one infilled. Finally a real application, on an existing 3D building where dissipative braces available on market are used, is discussed.
In eccentrically braced steel frames (EBFs), the links are fuse members which enter inelastic phase before other structure members and dissipate the seismic energy. Based on the force-based seismic design method, damages and plastic deformations are limited to the links, and the main structure members are required tremendous sizes to ensure elastic with limited or no damage. Force-based seismic design method is very common and is found in most design codes, it is unable to determine the inelastic response of the structure and the damages of the members. Nowadays, methods of seismic design are emphasizing more on performance-based seismic design concept to have a more realistic assessment of the inelastic response of the structure. Links use ordinary steel Q345 (the nominal yielding strength $f_y{\geq}345MPa$) while other members use high strength steel (Q460 $f_y{\geq}460MPa$ or Q690 $f_y{\geq}690MPa$) in eccentrically braced frames with high strength steel combination (HSS-EBFs). The application of high strength steels brings out many advantages, including higher safety ensured by higher strength in elastic state, better economy which results from the smaller member size and structural weight as well as the corresponding welding work, and most importantly, the application of high strength steel in seismic fortification zone, which is helpful to popularize the extensive use of high strength steel. In order to comparison seismic behavior between HSS-EBFs and ordinary EBFs, on the basis of experimental study, four structures with 5, 10, 15 and 20 stories were designed by PBSD method for HSS-EBFs and ordinary EBFs. Nonlinear static and dynamic analysis is applied to all designs. The loading capacity, lateral stiffness, ductility and story drifts and failure mode under rare earthquake of the designs are compared. Analyses results indicated that HSS-EBFs have similar loading capacity with ordinary EBFs while the lateral stiffness and ductility of HSS-EBFs is lower than that of EBFs. HSS-EBFs and ordinary EBFs designed by PBSD method have the similar failure mode and story drift distribution under rare earthquake, the steel weight of HSS-EBFs is 10%-15% lower than ordinary EBFs resulting in good economic efficiency.
The current seismic design code prescribes that a structural wall should be designed as a special shear wall when the building height is more than 60 m and its seismic design category is classified as D. However, the use of a special shear wall has a negative effect on constructability and economic efficiency. In the present study, the seismic performance of a special shear wall and a special shear wall with relaxed reinforcement detail was evaluated through a cyclic reversal loading test. The specimens were constructed to measure the results of the experimental variable regarding the reinforcement details of the special boundary element. Next, the seismic performances of a special shear wall structural system and that of a special shear wall structural system with relaxed reinforcement detail was evaluated by methods proposed in the FEMA P695. The cyclic reversal loading test results of this study showed that the performance of the shear wall with relaxed reinforcement detail was almost similar to the performance of a special shear wall and has the performance which requested from standard. The results of the seismic evaluation showed that all special shear walls with relaxed reinforcement detail are satisfied with the design code and seismic performance.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.14
no.3
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pp.75-84
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2014
When adjacent tall buildings experience earthquake excitation, structural pounding may happen. In order to mitigate seismic pounding damage to adjacent structures, many studies have been done to date. Tuned mass dampers (TMD) are widely used for reduction of dynamic responses of building structures subjected to earthquake excitations. If a TMD is shared between adjacent buildings and it shows good control performance, it will be effective and economic means to reduce seismic responses of adjacent structures. In this study, control performance of a shared tuned mass damper (STMD) for seismic response reduction of adjacent buildings has been evaluated. For this purpose, two 8-story example buildings were used and multi-objective genetic algorithms has been employed for optimal design of the stiffness and damping parameters of the STMD. Based on numerical analyses, it has been shown that a STMD can effectively control dynamic responses and reduce the effect of pounding between adjacent buildings subjected to earthquake excitations in comparison with a traditional TMD.
A much higher level of seismic performance is needed for supertall buildings due to increased demands for their functional continuities and the recognized needs for their continuing emergence in metropolitan areas. This paper analyzes, compares, and contrasts responses recorded during the 2011 Tohoku-oki Earthquake of different supertall buildings featuring conventional and vibration-controlled engineering systems. The superior performance and advantage of the latter are pointed out, and the typical dynamic properties, response characteristics, and effects on the secondary system are discussed. Ongoing efforts to enhance vibration control performance are described, covering the development of specifications, use of performance curves and targeted displacement design, and methods to find appropriate locations of damper installation resulting in a minimized amount of dampers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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