Shape memory alloys (SMAs) exhibit superelasticity given the ambient temperature is above the austenite finish temperature threshold, the magnitude of which significantly depends on the metal ingredients though. For the monocrystalline CuAlBe SMAs, their superelasticity was found being maintained even when the ambient temperature is down to $-40^{\circ}C$. Thus this makes such SMAs particularly favorable for outdoor seismic applications, such as the framed structures located in cold regions with substantial temperature oscillation. Due to the thermo-mechanical coupling mechanism, the hysteretic properties of SMAs vary with temperature change, primarily including altered material strength and different damping. Thus, this study adopted the monocrystalline CuAlBe SMAs as the kernel component of the SMA braces. To quantify the seismic response characteristics at various temperatures, a wide temperature range from -40 to $40^{\circ}C$ are considered. The middle temperature, $0^{\circ}C$, is artificially selected to be the reference temperature in the performance comparisons, as well the corresponding material properties are used in the seismic design procedure. Both single-degree-of-freedom systems and a six-story braced frame were numerically analyzed by subjecting them to a suite of earthquake ground motions corresponding to the design basis hazard level. To the frame structures, the analytical results show that temperature variation generates minor influence on deformation and energy demands, whereas low temperatures help to reduce acceleration demands. Further, attributed to the excellent superelasticity of the monocrystalline CuAlBe SMAs, the frames successfully maintain recentering capability without leaving residual deformation upon considered earthquakes, even when the temperature is down to $-40^{\circ}C$.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.40
no.5
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pp.455-463
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2020
Road facilities with a service life of more than 30 years are expected to triple in the next ten years. The seismic performance of road facilities should be reviewed with consideration of the "Common Application of Seismic Design Standards" issued by Korea's Ministry of Public Administration and Security in 2017. These standards should be applied to all existing road facilities, including retrofitted or seismic-designed facilities, for evaluating seismic performance. In order to manage seismic performance for a large number of facilities, decision-support technology that can provide economic and reliable results is needed. However, the indices method currently used in Korea is a deterministic method, and the seismic performance of individual facilities is evaluated based on qualitative indices so that only retrofitting among road facilities is prioritized. In turn, with the indices method, it is difficult to support decisions other than the decision to prioritize retrofitting. Therefore, it is necessary to use the seismic risk assessment method to overcome such shortcomings and provide useful information such as direct loss, indirect socio-economic loss, and benefit of the investment.
Korea is classified into low and moderate seismic zone from the view-point of seismic hazard level. Korean seismic provisions has been developed based on UBC and ATC 3-06. Thus, in calculation of design base shear according to Korean provisions response modification factor (R) is included in the formula of design base shear. The major role of this factor is to reduce the elastic design base shear whereby structures can behave in inelastic range during design level earthquake ground motions(mean return period of 475 yrs.). R factor is assigned according to material and structural systems. In this study, R factor for bearing wall system is considered. Most of the walls of apartment buildings in Korea resist gravity and seismic loads simultaneously so that this wall system can be classified into bearing wall system. Structural details of these walls are different from those used in Japan and U.S.. They are all rectangular in sectional shape rather than barbell in shape, and also have special lateral reinforcement details at the boundaries of a wall. In Korean seismic design provisions(1988), two different values(3.0 and 3.5) of R factor are assigned to the bearing wall systems according to the wall details. However, in updated seismic provisions(2000), only one value is assigned to R factor(3.0) irrespective of wall details. In this study, the design base shear values in Korean seismic design provisions(1988, 2000), ATC 3-06, UBC are compared. Also experimental study was carried out to evaluate the seismic performance of structural walls. For this purpose, five test specimens were made which have special details used in apartment bearing wall systems in Korea. Based on the results of this study, response modification factor for bearing wall system is discussed.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.2
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pp.9-20
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2014
Steel intermediate moment frames (IMFs) have been generally used as seismic load resisting systems (SLRSs) of a building to provide resistances against strong ground shaking. However, most of low and mid-rise steel buildings in Korea were constructed during pre-seismic code era or before the introduction of well-organized current seismic codes. It has been recognized that the seismic performance of these steel IMFs is still questionable. In order to respond to such a question, this study quantitatively investigates the seismic capacities of steel IMFs. Prototype models are built according to the number of stories, the levels of elastic seismic design base shear and the ductilities of structural components. Also, the other prototype models employing hysteretic energy dissipating devices (HEDDs) are considered. The collapse mechanism and the seismic performance of the prototype models are then described based on the results obtained from nonlinear-static and incremental-dynamic analyses. The seismic performance of the prototype models is assessed from collapse margin ratio (CMR) and collapse probability. From the assessment, the prototype model representing new steel IMFs has enough seismic capacities while, the prototype models representing existing steel IMFs provide higher collapse probabilities. From the analytic results of the prototype models retrofitted with HEDDs, the HEDDs enhance the seismic performance and collapse capacity of the existing steel IMFs. This is due to the energy dissipating capacity of the HEDDs and the redistribution of plastic hinges.
The passive energy dissipation technology has been proven to be reliable and robust for recent practical applications. Various dampers or energy dissipation devices have been widely used in building structures for enhancing their performances during earthquakes, windstorm and other severe loading scenarios. This paper presents a simplified seismic design procedure for retrofitting earthquake-damaged frames with viscous dampers. With the scheme of designing the main frame and the supplemental viscous dampers respectively, the seismic analysis model of damped structure with viscous dampers and braces was studied. The specific analysis process was described and approach to parameter design of energy dissipation components was also proposed. The expected damping forces for damped frame were first obtained based on storey shear forces; and then they were optimized to meet different storey drift requirements. A retrofit project of a RC frame school building damaged in the 2008 Wenchuan earthquake was introduced as a case study. This building was retrofitted by using viscous dampers designed through the simplified design procedure proposed in this paper. Based on the case study, it is concluded that this simplified design procedure can be effectively used to make seismic retrofit design of earthquake-damaged RC frames with viscous dampers, so as to achieve structural performance objectives under different earthquake risk levels.
Special concentrically braced frames(SCBFs) have distinctive advantages in considerable seismic performance, which make engineers widely use SCBFs as lateral-load resisting systems in buildings and have researchers to develop SCBFs design methods. Compared to the extensive research of SCBF, comparatively little information is currently available on the performance of SCBFs designed and constructed before the early 1990's. Prior to 1988, concentrically braced frames(CBFs) design requirements were substantially less restrictive. As a result, many existing structures designed to these requirements may not ensure ductility and pose a significant concern in current buildings. In this study, these older frames are referred as non-seismic braced frames(NCBFs). In order to investigate the seismic behavior of NCBFs, finite-element(FE) models of SCBF and NCBF were suggested and verified using case investigation of NCBF conducted on the University of Washington. Using these models, the seismic behavior of NCBF with shared welding shear tab, which is the representative of the types of connections, was established and compared with the seismic performance of SCBF.
In the last decade, displacement-based (DB) methods have become established design procedures for reinforced concrete (RC) structures. They use strain and displacement measures as seismic performance control parameters. As for other simplified seismic design methods, it is of great interest to prove if they are usually conservative in respect to more refined, nonlinear, time history analyses, and can estimate design parameters with acceptable accuracy. In this paper, the current Direct Displacement-Based Design (DDBD) procedure is evaluated for designing simple single degree of freedom (SDOF) systems with specific reference to simply supported RC bridge piers. Using different formulations proposed in literature for the equivalent viscous damping and spectrum reduction factor, a parametric study is carried out on a comprehensive set of SDOF systems, and an average error chart of the method is derived allowing prediction of the expected error for an ample range of design cases. Following the chart, it can be observed that, for the design of actual RC bridge piers, underestimation errors of the DDBD method are very low, while the overestimation range of the simplified displacement-based procedure is strongly dependent on design ductility.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.1
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pp.1-8
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2017
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns with aspect ratio 4.5 were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable is transverse steel ratio. Volumetric ratios of spirals of all the columns are 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The longitudinal steel ratio is 2.017%. The axial load ratio is 7%. This paper describes mainly crack behavior, load-displacement hysteresis loop, seismic performance such as equivalent damping ratio, residual displacement and effective stiffness and flexural over-strength of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variable. The regulation of flexural over-strength is adopted by Korea Bridge Design Specifications (Limited state design, 2012). The test results are compared with nominal strength, result of nonlinear moment-curvature analysis and the design specifications such as AASHTO LRFD and Korea Bridge Design Specifications(Limited state design).
The past earthquakes revealed the importance of the design of moment-resisting reinforced concrete framed structures with ductile behavior. Due to seismic activity, failures in framed structures are widespread in beam-column joints. Hence, the joints must be designed to possess sufficient strength and stiffness. This paper investigates the effects of fibers on the ductility of hybrid fiber reinforced self-compacting concrete (HFRSCC) when subjected to seismic actions; overcoming bottlenecks at the beam-column joints has been studied by adding low modulus sisal fiber and high modulus steel fiber. For this, the optimized dose of hooked end steel fiber content (1.5%) was kept constant, and the sisal fiber content was varied at the rate of 0.1%, up to 0.3%. The seismic performance parameters, such as load-displacement behavior, ductility, energy absorption capacity, stiffness degradation, and energy dissipation capacity, were studied. The ductility factor and the cumulative energy dissipation capacity of the hybrid fiber (steel fiber, 1.5% and sisal fiber, 0.2%) added beam-column joint specimen is 100% and 121% greater than the control specimen, respectively. And also the stiffness of the hybrid fiber reinforced specimen is 100% higher than the control specimen. Thus, the test results showed that adding hybrid fibers instead of mono fibers could significantly enhance the seismic performance parameters. Therefore, the hybrid fiber reinforced concrete with 1.5% steel and 0.2% sisal fiber can be effectively used to design structures in seismic-prone areas.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.6
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pp.143-153
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2021
The corroded pier that has corrosion of the tranverse steel, main steel and lapsplice directly affects the seismic performance. The corrosion of the tranvese and main steel directly reduce the shear strength and bendig strength. If steel corrosion occurs in lap splice, the flexural strength and flexibility of existing corroded pier that are not seismic design are significantly reduced. In addition, as the axial force acting on the pier increase the shear strength. Considering these effects. In this stuydy, we cosidered steel corrosion, lap splice and axial force, for a reasonable evaluation of seismic-performance. It is confirmed that flexular failure occurs at pies where shear failure is expected to occur due to corrosion of reinforcement. These failure modes and their reason are analyzed, and necessary considerations are presented for seismic reinforcement.
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