This paper presents experimental and numerical study on seismic performance of a super tall steel tower structure. The steel tower, with a height of 388 meters, employs a steel space truss with spiral steel columns to serve as its main lateral load resisting system. Moreover, this space truss was surrounded by the spiral steel columns to form a steel mega system in order to support a 12-story platform building which is located from the height of 230 meters to 263 meters. A 1/40 scaled model for this tower structure was made and tested on shake table under a series of one- and two-dimensional earthquake excitations with gradually increasing acceleration amplitudes. The test model performed elastically up to the seismic excitations representing the earthquakes with a return period of 475 years, and the test model also survived with limited damages under the seismic excitations representing the earthquakes with a return period 2475 years. A finite element model for the prototype structure was further developed and verified. It was noted that the model predictions on dynamic properties and displacement responses agreed reasonably well with test results. The maximum inter-story drift of the tower structure was obtained, and the stress in the steel members was investigated. Results indicated that larger displacement responses were observed for the section from the height of 50 meters to 100 meters in the tower structure. For structural design, applicable measures should be adopted to increase the stiffness and ductility for this section in order to avoid excessive deformations, and to improve the serviceability of the prototype structure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.3
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pp.121-129
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2017
In this paper, the shake table test for the masonry infilled reinforced concrete frame with non-seismic details was carried out in order to evaluate its dynamic behaviour and damage under seismic condition. The tested specimens were the RC frame and the masonry infilled RC frame and the dynamic characteristics, such as a resonant period, acceleration response, displacement response and base shear force response, were compared between them. As a result of the shake table test, RC frame specimen had flexural cracks at the top and bottom of the column and shear cracks at the joints. In the case of masonry infilled RC frame, the damage of the frame was relatively minor but the sliding cracks and diagonal shear cracks on the masonry wall were severe at the final excitation. The resonant period of infilled RC frame specimen was shorter than that of the RC frame specimen because the masonry infill contributed to increase the stiffness. The maximum displacement response of the infilled RC frame specimen was decreased by about 20% than the RC frame specimen. It was analyzed that the masonry infill wall applied in this study contributed to increase the lateral strength of the RC frame with non - seismic detail by about 2.2 times and the stiffness by about 1.6 times.
Storage racks are used worldwide in industries and commercial outlets due to the advantage of lighter, faster erection and easy alteration of pallet level as required. The studies to understand the behaviour of cold formed steel pallet racks, under seismic action is one of the emerging area of research. The rack consists of perforated uprights and beams with hook-in end connector, which enables the floor height adjustments. The dynamic characteristics of these racks are not well established. This paper presents the dynamic characteristics of 3-D single bay two storey pallet rack system with hook-in end connectors, which is tested on shake table. The sweep sine test and El Centro earthquake acceleration is used to evaluate the seismic performance of the cold formed steel pallet racks. Also an attempt is made to evaluate the realistic dynamic characteristics by using STAAD Pro software. Modal analysis is performed by incorporating the effective moment of inertia of the upright, which considers the effect of presence of perforations and rotational stiffness of the beam-to-upright connection to determine the realistic fundamental frequency of pallet racks, which is required for carrying out the seismic design. Finite element model of the perforated upright section has been developed as a cantilever beam through which effective moment of inertia is evaluated. The stiffness of the hook-in connector is taken from the previous study by Prabha et al. (2010). The results from modal analysis are in good agreement with the respective experimental results.
Santhi, M. Helen;Knight, G.M. Samuel;Muthumani, K.
Computers and Concrete
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v.2
no.6
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pp.423-437
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2005
In this study two single-bay, three-storey space frames, one with brick masonry infill in the second and third floors representing a soft-storey frame and the other without infill were designed and their 1:3 scale models were constructed according to non-seismic detailing and the similitude law. The models were excited with an intensity of earthquake motion as specified in the form of response spectrum in Indian seismic code IS 1893-2002 using a shake table. The seismic responses of the soft-storey frame such as fundamental frequency, mode shape, base shear and stiffness were compared with that of the bare frame. It was observed that the presence of open ground floor in the soft-storey infilled frame reduced the natural frequency by 30%. The shear demand in the soft-storey frame was found to be more than two and a half times greater than that in the bare frame. From the mode shape it was found that, the bare frame vibrated in the flexure mode whereas the soft-storey frame vibrated in the shear mode. The frames were tested to failure and the damaged soft-storey frame was retrofitted with concrete jacketing and, subjected to same earthquake motions as the original frames. Pushover analysis was carried out using the software package SAP 2000 to validate the test results. The performance point was obtained for all the frames under study, therefore the frames were found to be adequate for gravity loads and moderate earthquakes. It was concluded that the global nonlinear seismic response of reinforced concrete frames with masonry infill can be adequately simulated using static nonlinear pushover analysis.
This paper presents the results of a monodirectional shaking table test on a full-scale unreinforced masonry cross vault characterized by asymmetric boundary conditions. The specimen represents a vault of the mosque of Dey in Algiers (Algeria), reproducing in detail the mechanical characteristics of masonry, and the constructive details including the presence of some peculiar wooden logs placed within the vault's abutments. The vault was tested with and without the presence of two steel bars which connect two opposite sides of the vault. The dynamic behaviour of both the vault's configurations were studied by using an incremental dynamic analysis up to the collapse of the vault without the steel bars. The use of an innovative high-resolution 3D optical system allowed measure displacement data of the cross vault during the shake table tests. The experimental results were analysed in terms of evolution of damage mechanisms, and in-plane and out-of-plane deformations. Moreover, the dynamic properties of the structure were investigated by means of an experimental modal analysis.
Laskar, Arghadeep;Lu, Liang;Qin, Feng;Mo, Y.L.;Hsu, Thomas T.C.;Lu, Xilin;Fan, Feng
Earthquakes and Structures
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v.7
no.5
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pp.627-645
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2014
Using OpenSees as a framework, constitutive models of reinforced, prestressed and prestressed steel fiber concrete found by the panel tests have been implemented into a finite element program called Simulation of Concrete Structures (SCS) to predict the seismic behavior of shear-critical reinforced and prestressed concrete structures. The developed finite element program was validated by tests on prestressed steel fiber concrete beams under monotonic loading, post tensioned precast concrete column under reversed cyclic loading, framed shear walls under reversed cyclic loading or shaking table excitations, and a seven-story wall building under shake table excitations. The comparison of analytical results with test outcomes indicates good agreement.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.305-308
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2006
In this paper, the seismic performance of SRC piers for near fault motions was evaluated by shaking table tests on small scale models. Dead load of the superstructures was simulated by axial prestress at the center of the column section. A mass frame linked with steel bars was fabricated to include the effect of superstructure mass. Friction of the mass frame when it moves was minimized by special details and it was proved before tests. Five pier models with 400mm diameter were tested by increasing the acceleration of the near fault motion. Test results were discussed and compared with previous quasi-static tests.
Lou, Menglin;Zong, Gang;Niu, Weixin;Chen, Genda;Cheng, Franklin Y.
Structural Engineering and Mechanics
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v.24
no.3
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pp.275-290
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2006
In this paper, the performance of a tuned liquid damper (TLD) in suppressing the seismic response of buildings is investigated with shake table testing of a four-story steel frame model that rests on pile foundation. The model tests were performed in three phases with the steel frame structure alone, the soil and pile foundation system, and the soil-foundation-structure system, respectively. The test results from different phases were compared to study the effect of soil-structure interaction on the efficiency of a TLD in reducing the peak response of the structure. The influence of a TLD on the dynamic response of the pile foundation was investigated as well. Three types of earthquake excitations were considered with different frequency characteristics. Test results indicated that TLD can suppress the peak response of the structure up to 20% regardless of the presence of soils. TLD is also effective in reducing the dynamic responses of pile foundation.
This paper describes a numerical method for pile foundation subjected to earthquake loading using dynamic Winkler foundation model. To verify the numerical method, shaking table tests were carried out. In shaking table tests, accelerations and pile bending moments were measured for single pile and pile groups with a spacing-to-diameter ratio of 2.5 under fixed input base acceleration. In numerical analysis, the input base and free field accelerations measured from shaking table tests were used as input base motions. Based on the results obtained, free field acceleration was magnified relative to input base acceleration, whereas pile head accelerations reduced relatively to free field acceleration for soil-pile interaction. Measured and predicted bending moments for both cases have maximum value within the distance 10cm(4d) from the pile top. However, there are some differences between the results of numerical analysis and shake table test below 10cm(4d) from the pile top.
Foundation plays a significant role in safe and efficient turbo machinery operation. Turbo machineries generate harmonic load on the foundation due to their high speed rotating motion which causes vibration in the machinery, foundation and soil beneath the foundation. The problems caused by vibration get multiplied if the soil is poor. An improperly designed machine foundation increases the vibration and reduces machinery health leading to frequent maintenance. Hence it is very important to study the soil structure interaction and effect of machine vibration on the foundation during turbo machinery operation in the design stage itself. The present work studies the effect of harmonic load due to machine operation along with earthquake loading on the frame foundation for poor soil conditions. Various alternative foundations like rafts, barrette, batter pile and combinations of barrettes with batter pile are analyzed to study the improvements in the vibration patterns. Detailed computational analysis was carried out in SAP 2000 software; the numerical model was analyzed and compared with the shaking table experiment results. The numerical results are found to be closely matching with the experimental data which confirms the accuracy of the numerical model predictions. Both shake table and SAP 2000 results reveal that combination of barrette and batter piles with raft are best suitable for poor soil conditions because it reduces the displacement at top deck, bending moment and horizontal displacement of pile and thereby making the foundation more stable under seismic loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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