In this article the non-linear behavior of the shear wall with low yield stress retrofitted with Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) is investigated under pushover loading. The models used in this study are in ${\frac{1}{2}}$ scale of one story frame and simple steel plates with low yield stress filled the frame span. The models used were simulated and analyzed using finite elements method based on experimental data. After verification of the experimental model, various parameters of the model including the number of GFRP layers, fibers positioning in one or two sides of the wall, GFRP angles in respect to the wall and thickness of the steel plate were studied. The results have shown that adding the GFRP layers, the ultimate shear capacity is increased and the amount of energy absorbed is decreased. Besides, the results showed that using these fibers in low-thickness plates is effective and if the positioning angle of the fibers on the wall is diagonal, its behavior will improve.
A simplified analysis procedure utilizing the strut-tie modeling technique is developed to take a close look into the post-elastic deformation capacity of beam-column connections in ductile reinforced concrete frame structures. Particular emphasis is given to the effect of concrete strength decay and quantity and arrangement of joint shear steel. For this a fan-shaped crack pattern is postulated through the joints. A series of hypothetical rigid nodes are assumed through which struts, ties and boundaries are connected to each other. The equilibrium consideration enables all forces in struts, ties and boundaries to be related through the nodes. The boundary condition surrounding the joints is obtained by the mechanism analysis of the frame structures. In order to avoid a complexity from the indeterminacy of the truss model, it is assumed that all shear steel yielded. It is noted from the previous research that the capacity of struts is limited by the principal tensile strain of the joint panel for which the strain of the transverse diagonal is taken. The post-yield deformation of joint steel is taken to be the only source of the joint shear deformation beyond the elastic range. Both deformations are related by the energy consideration. The analysis is then performed by iteration for a given shear strain. The analysis results indicate that concentrating most of the joint steel near the center of the joint along with higher strength concrete may enhance the post-elastic joint performance.
Denise-Penelope N. Kontoni;Ali Ghamari;Chanachai Thongchom
Steel and Composite Structures
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v.47
no.2
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pp.185-201
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2023
Despite the high lateral stiffness and strength of the Concentrically Braced Frame (CBF), due to the buckling of its diagonal members, it is not a suitable system in high seismic regions. Among the offered methods to overcome the shortcoming, utilizing a metallic damper is considered as an appropriate idea to enhance the behavior of Concentrically Braced Frames (CBFs). Therefore, in this paper, an innovative steel damper is proposed, which is investigated experimentally and numerically. Moreover, a parametrical study was carried out to evaluate the effect of the mechanism (shear, shear-flexural, and flexural) considering buckling mode (elastic, inelastic, and plastic) on the behavior of the damper. Besides, the necessary formulas based on the parametrical study were presented to predict the behavior of the damper that they showed good agreement with finite element (FE) results. Both experimental and numerical results confirmed that dampers with the shear mechanism in all buckling modes have a better performance than other dampers. Accordingly, the FE results indicated that the shear damper has greater ultimate strength than the flexural damper by 32%, 31%, and 56%, respectively, for plates with elastic, inelastic, and plastic buckling modes. Also, the shear damper has a greater stiffness than the flexural damper by 43%, 26%, and 53%, respectively, for dampers with elastic, inelastic, and plastic buckling modes.
Kim, Minsun;Lee, Chang Seok;Kim, Byungmin;Jeon, Jong-Su
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.5
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pp.249-255
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2024
Strong ground motions at specific sites can cause severe damage to structures. Understanding the influence of site characteristics on the dynamic response of structures is crucial for evaluating their seismic performance and mitigating the potential damage caused by site effects. This study investigates the impact of the average shear wave velocity, as a site characteristic, on the seismic response of low-to-medium-rise reinforced concrete buildings. To explore them, one-dimensional soil column models were generated using shear wave velocity profile from California, and nonlinear site response analyses were performed using bedrock motions. Nonlinear dynamic structural analyses were conducted for reinforced concrete moment-resisting frame models based on the regional information. The effect of shear wave velocity on the structural response and surface ground motions was examined. The results showed that strong ground motions tend to exhibit higher damping on softer soils, reducing their intensity, while on stiffer soils, the ground motion intensity tends to amplify. Consequently, the structural response tended to increase on stiffer soils compared to softer soils.
Chalioris, Constantin E.;Voutetaki, Maristella E.;Liolios, Angelos A.
Earthquakes and Structures
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v.19
no.1
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pp.29-44
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2020
The effectiveness and the sensitivity of a Wireless impedance/Admittance Monitoring System (WiAMS) for the prompt damage diagnosis of two single-storey single-span Reinforced Concrete (RC) frames under cyclic loading is experimentally investigated. The geometrical and the reinforcement characteristics of the RC structural members of the frames represent typical old RC frame structure without consideration of seismic design criteria. The columns of the frames are vulnerable to shear failure under lateral load due to their low height-to-depth ratio and insufficient transverse reinforcement. The proposed Structural Health Monitoring (SHM) system comprises of specially manufactured autonomous portable devices that acquire the in-situ voltage frequency responses of a network of twenty piezoelectric transducers mounted to the RC frames. Measurements of external and internal small-sized piezoelectric patches are utilized for damage localization and assessment at various and increased damage levels as the magnitude of the imposed lateral cycle deformations increases. A bare RC frame and a strengthened one using a pair of steel crossed tension-ties (X-bracing) have been tested in order to check the sensitivity of the developed WiAMS in different structural conditions since crack propagation, damage locations and failure mode of the examined frames vary. Indeed, the imposed loading caused brittle shear failure to the column of the bare frame and the formation of plastic hinges at the beam ends of the X-braced frame. Test results highlighted the ability of the proposed SHM to identify incipient damages due to concrete cracking and steel yielding since promising early indication of the forthcoming critical failures before any visible sign has been obtained.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.3
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pp.201-210
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2018
The improvement in computing systems and sensor technologies devotes to conduct data-driven structural health monitoring algorithms for existing civil infrastructures. Despite of the development of techniques, the uncertainty oriented from the measurement results in the discrepancy to the actual structural parameters and let engineers or decision makers hesitate to adopt such techniques. Many studies have shown that the modal identification results can be affected by the uncertainties due to the applied methods and the types of loading. This paper aims to compare the performance of modal identification methods using Structural Modal Identification Toolsuite (SMIT) which has been developed to facilitate multiple identification methods with a user-friendly designed platform. The data fed into SMIT processes three stages for the comprehensive identification including preprocessing, eigenvalue estimation, and post-processing. The seismic and white noise response for shear frame model was obtained from numerical simulation. The identified modal parameters is compared to the actual modal parameters. In order to improve the quality of coherence in identified modal parameters, several hurdles including modal phase collinearity and extended modal amplitude coherence were introduced. Numerical simulation conducted on the 5 dof shear frame model were used to validate the effectiveness of using these parameters.
An attempt is conducted to explore the relationship between the macroscopic global damage and the local damage of shear-type RC frames. A story damage index, which can be expressed as multi-variate functions of modal parameters, is deduced based on the tridiagonal matrix of the shear-type frame. The global damage model is also originated from structural modal parameters. Due to the connection of modal damage indexes, the relationship between the macroscopic global damage and the local story damage is reasonably established. In order to validate the derivation, a case study is carried out via an 8-story shear-type frame. The sensitivities of modal damage indexes to the location and severity of local story damages are studied. The evolution of the global damage is investigated as well. Results show that the global damage is sensitive to the degree of story damage, but it's not sensitive to its location. As the number of the damaged stories increases, more and more modes will be involved. Meanwhile, the global damage evolution curve changes from the concave shape to the S-type and then finally transforms into the convex shape. Through the proposed story damage, modal damage and global damage model, a multi-level damage assessment method is established.
Shadravan, Shideh;Ramseyer, Chris C.;Floyd, Royce W.
Advances in Computational Design
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v.4
no.3
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pp.251-272
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2019
This study performed lateral load testing on seventeen wood wall frames in two sections. Section one included eight tests studying structural foam sheathing of shear walls subjected to monotonic loads following the ASTM E564 test method. In this section, the wood frame was sheathed with four different types of structural foam sheathing on one side and gypsum wallboard (GWB) on the opposite side of the wall frame, with Simpson HDQ8 hold down anchors at the terminal studs. Section two included nine tests studying wall constructed with oriented strand board (OSB) only on one side of the wall frame subjected to gradually applied monotonic loads. Three of the OSB walls were tied to the baseplate with Simpson LSTA 9 tie on each stud. From the test results for Section one; the monotonic tests showed an 11 to 27 percent reduction in capacity from the published design values and for Section two; doubling baseplates, reducing anchor bolt spacing, using bearing plate washers and LSTA 9 ties effectively improved the OSB wall capacity. In comparison of sections one and two, it is expected the walls with structural foam sheathing without hold downs and GWB have a lower wall capacity as hold down and GWB improved the capacity.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.46
no.5
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pp.61-68
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2004
Methodologies of the finite element and boundary element are combined to achieve an efficient and accurate analysis model of frame structure containing shear wall. This model analyzes the frame by employing the finite element method and the shear wall by boundary element method. This study is applicable to a specific situation, where the boundary element is surrounded by finite elements. By employing FE dominant method in which boundary stiffness matrix is transformed into finite element stiffness matrix, boundary element and finite element method are combined to analyze frame structure with walls.
During the seismic performance assessment of existing buildings, staircases are generally not taken into account as structural members but as dead load. Staircases, as secondary structural members, not only serve for connecting successive floors but also provide considerable amount of strength and stiffness to the building which can modify its seismic behaviour considerably. In this parametric study, the influence of staircases on the seismic response of substandard RC frame buildings which differ in number of storey and span, presence of staircase and its position has been examined. Modal Analyses and bi-directional Non-Linear Time History Analyses (NLTHA) were conducted to compare several engineering demand parameters (EDPs) such as inter-storey drift ratio (ISDR), floor accelerations, modal properties, member shear forces and plastic hinge distribution. Additionally, short column effect, variation in shear forces of columns that are attached to the staircase slab, failure and deformation in staircase models have also been investigated. As the staircase was considered in the analytical model, a different damage pattern can be developed especially in the structural components close to staircase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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