Earthquake excitations may induce important amount of seismic energy into structures. Current design philosophy mainly deals with the plastic deformations of replaceable energy dissipating devices rather than damages accumulated on structural members. Since earthquake damage is substantially concentrated on these devices they could be replaced after severe earthquakes. In this study, the efficiency of steel cushion (SC) on seismic improvement of a vulnerable reinforced concrete (RC) frame is determined by means of several numerical simulations. The cyclic shear behaviors of SCs were determined by performing quasi-static tests. The test results were the main basis of the theoretical model of SCs which were used in the numerical analysis. These analyses were performed on three types of RC frames namely bare frame (BF), full-braced frame (F-BF) and semi-braced frame (S-BF). According to analysis results; implementation of SCs has considerable effects in reducing the storey shear forces and storey drifts. Moreover plastic energy demands of structural elements were reduced which indicates a significant improvement in seismic behavior of the RC frame preventing damage accumulation on structural elements. Full-braced frame having SCs with the thickness of 25 mm has better performance than semi-braced frame interms of energy dissipation. However, global energy dissipation demand of S-BF and F-BF having SCs with the thickness of 18 mm are almost similar.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.321-328
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2003
The objective of this study is to investigate the seismic response of high-rise RC bearing-wall structures with irregularity. For this purpose, three 1:12 scale 17-story reinforced concrete model structures were constructed according to the similitude law, in which the upper 15 stories have a bearing-wall system while the lower 2-story frames have three different layouts of the plan : The first one is a moment-resisting frame system, the second has a infilled shear wall with symmetric plan and the third has a infilled shear wall with eccentricity, Then, these models were subjected to a series of earthquake excitations. The test results show the followings: 1) the existence of shear wall reduced greatly shear deformation at the piloti frame, but has almost the negligible effect on the reduction of the overturning-moment angle, 2) the frame with shear wall resists most of overturning moment in severe earthquake, 3) the torsional behavior is almost independent of the translational, 4) the absorbed energy due to the overturning deformation has the largest portion in the total absorbed energy.
Keihani, Reza;Bahadori-Jahromi, Ali;Goodchild, Charles
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.5
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pp.563-576
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2019
According to The Concrete Centre, in the UK shear walls have become an inseparable part of almost every reinforced concrete frame building. Recently, the construction industry has questioned the need for shear walls in low to mid-rise RC frame buildings. This study tried to address the issue in two stages: The first stage, the feasibility of removing shear walls in an existing design for a residential building where ETABS and CONCEPT software were used to investigate the structural performance and cost-effectiveness respectively. The second stage, the same structure was examined in various locations in the UK to investigate regional effects. This study demonstrated that the building without shear wall could provide adequate serviceability and strength within the safe range defined by Eurocodes. As a result, construction time, overall cost and required concrete volume are reduced which in turn enhance the sustainability of concrete construction.
The importance of considering soil-structure interaction effect in the analysis and design of RC frame buildings is increasingly recognized but still not penetrated to the grass root level owing to various complexities involved. It is well established fact that the soil-structure interaction effect considerably influence the design of multi-storey buildings subjected to lateral seismic loads. The shear walls are often provided in such buildings to increase the lateral stability to resist seismic lateral loads. In the present work, the linear soil-structure analysis of a G+5 storey RC shear wall building frame resting on isolated column footings and supported by deformable soil is presented. The finite element modelling and analysis is carried out using ANSYS software under normal loads as well as under seismic loads. Various load combinations are considered as per IS-1893 (Part-1):2002. The interaction analysis is carried out with and without shear wall to investigate the effect of inclusion of shear wall on the total and differential settlements in the footings due to deformations in the soil mass. The frame and soil mass both are considered to behave in linear elastic manner. It is observed that the soil-structure interaction effect causes significant total and differential settlements in the footings. Maximum total settlement in footings occurs under vertical loads and inner footings settle more than outer footings creating a saucer shaped settlement profile of the footings. Each combination of seismic loads causes maximum differential settlement in one or more footings. Presence of shear wall decreases pulling/pushing effect of seismic forces on footings resulting in more stability to the structures.
The aim of this study is to calculate natural frequencies and harmonic responses of cracked frames with general boundary conditions by using transfer matrix method (TMM). The TMM is a straightforward technique to obtain harmonic responses and natural frequencies of frame structures as the method is based on constructing a relationship between state vectors of two ends of structure by a chain multiplication procedure. A single variable shear deformation theory (SVSDT) is applied, as well as, Timoshenko beam theory (TBT) and Euler-Bernoulli beam theory (EBT) for comparison purposes. Firstly, free vibration analysis of intact and cracked frames are performed for different crack ratios using TMM. The crack is modelled by means of a linear rotational spring that divides frame members into segments. The results are verified by experimental data and finite element method (FEM) solutions. The harmonic response curves that represent resonant and anti-resonant frequencies directly are plotted for various crack lengths. It is seen that the TMM can be used effectively for harmonic response analysis of cracked frames as well as natural frequencies calculation. The results imply that the SVSDT is an efficient alternative for investigation of cracked frame vibrations especially with thick frame members. Moreover, EBT results can easily be obtained by ignoring shear deformation related terms from governing equation of motion of SVSDT.
Tuken, Ahmet;Dahesh, Mohamed A.;Siddiqui, Nadeem A.
Computers and Concrete
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v.20
no.6
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pp.719-729
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2017
A considerable research is available on the seismic response of Reinforced Concrete (RC) shear wall-frame buildings, but the studies on the reliability of such buildings, with the consideration of human error, are limited. In the present study, a detailed procedure for reliability assessment of RC shear wall-frame building subjected to earthquake loading against serviceability limit state is presented. Monte Carlo simulation was used for the reliability assessment. The procedure was implemented on a 10-story RC building to demonstrate that the shear walls improve the reliability substantially. The annual and life-time failure probabilities of the studied building were estimated by employing the information of the annual probability of earthquake occurrence and the design life of the building. A simple risk-based cost assessment procedure that relates both the structural life-time failure probability and the target reliability with the total cost of the building was then presented. The structural failure probability (i.e., the probability of exceeding the allowable drift) considering human errors was also studied. It was observed that human error in the estimation of total load and/or concrete strength changes the reliability sharply.
In seismic analysis of moment-resisting frames, beam-column connections are often modeled with rigid joint zones. However, it has been demonstrated that, in ductile reinforced concrete (RC) moment-resisting frames designed based on current codes (to say nothing of older non-ductile frames), the joint zones are in fact not rigid, but rather undergo significant shear deformations that contribute greatly to global drift. Therefore, the "rigid joint" assumption may result in misinterpretation of the global performance characteristics of frames and could consequently lead to miscalculation of strength and ductility demands on constituent frame members. The primary objective of this paper is to propose a rational method for estimating the hysteretic joint shear behavior of RC connections and for incorporating this behavior into frame analysis. The authors tested four RC edge beam-column-slab connection subassemblies subjected to earthquake-type lateral loading; hysteretic joint shear behavior is investigated based on these tests and other laboratory tests reported in the literature. An analytical scheme employing the modified compression field theory (MCFT) is developed to approximate joint shear stress vs. joint shear strain response. A connection model capable of explicitly considering hysteretic joint shear behavior is then formulated for nonlinear structural analysis. In the model, a joint is represented by rigid elements located along the joint edges and nonlinear rotational springs embedded in one of the four hinges linking adjacent rigid elements. The connection model is able to well represent the experimental hysteretic joint shear behavior and overall load-displacement response of connection subassemblies.
For the purpose of effective utilization of domestic second-grown larch as structural members, post and beam construction applying traditional construction to Japanese larch glulam members was adopted with processing by machine pre-cut method. In general, horizontal shear test by KS F 2154 is conducted to assess the horizontal shear properties of the wooden structure by post and beam construction. The frame was consisted of post and beam member with appropriate fasteners, and members have their own processed parts (notch, hole, etc.) that can be well-connected each other. The shear wall was consisted of the frame with screw-nail sheathed panel (OSB). The results of horizontal shear loading tests without vertical loads conducted on the frame and the shear wall structures, the maximum strengths were about 1.9 kN/m and about 9.7 kN/m, the shear rigidities were about 167 kN/rad, 8198 kN/rad, respectively. The strength proportion of the frame specimen was about 20% of the wall's and about 2% in initial stiffness. Nail failures are remarkable on the shear wall specimen with punching shears and shear failures. The shear load factor for the shear wall specimen by the method of Architectural Institute of Japan was 1.5, which was obtained by the bi-linear method. Loading method should be considered to obtain smooth load-deformation relationship. For the better shear performance of the structures, column base and post and beam connections and sheathed panel should be further examined as well.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.35
no.3
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pp.11-18
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2019
The purpose of this study was to estimate the resistance capacity of a traditional wooden house with shear walls made of wood panel. In order to achieve the purpose of the study, the load - displacement test was carried out and the resistance moment values of the shear walls were proposed. The shear walls were made by placing studs with a nominal dimension of $38mm{\times}89mm$ at intervals of 600 mm, and attaching 12 mm thick plywood with 8-d size pegs at intervals of 150 mm. The type of traditional building wall was classified and showed the moment resistance ability of each wall type. This value is expressed as a proportional value divided by the moment resisting capacity of the standard size shear walls not divided into the divided small frames. Although some frames have proportional values larger than 1.0 even though they have openings, most of them show values smaller than 1.0. Also, even without the openings, it showed a smaller value than 1, such as 0.84 and 0.67.
Three types of glass woven fabrics (plain, balanced twill, and unbalanced twill) having various sample sizes and aspect ratios were tested using the bias-extension tests. Real-time deformation images, force, and displacement data were collected. For the bias-extension test, the shear angle of the fabrics from the equation based on the crosshead displacement and fabric size was compared with direct manual measurements of the warp and weft angles as well as the optical measurement software. To determine the shear force, an analytical equation was introduced considering the kinematics of the bias-extension test. The obtained shear behaviors were further compared with the results by the trellis-frame test. The optical measurement methods showed that the mathematical method was reasonable before the shear angle of the fabrics reaches $30^{\circ}$ in the bias-extension tests. Also, the bias-extension test gave consistent behaviors with the trellis-frame test only for isotropic and homogeneous fabrics such as balanced plain and twill weaves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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