Base isolation is widely used in seismic resisting buildings due to its low construction cost, high reliability, mature theory and convenient usage. However, it is difficult to design the isolation layer in high-rise buildings using the available bearings because high-rise buildings are characterized with long period, low horizontal stiffness, and complex re-distribution of the internal forces under earthquake loads etc. In this paper, a simple and innovative isolation bearing, named Teflon-based lead rubber isolation bearing, is developed to address the mentioned problems. The Teflon-based lead rubber isolation bearing consists of friction material and lead rubber isolation bearing. Hence, it integrates advantages of friction bearings and lead rubber isolation bearings so that improves the stability of base isolation system. An experimental study was conducted to validate the effectiveness of this new bearing. The effects of vertical loading, displacement amplitude and loading frequency on the force-displacement relationship and energy dissipation capacity of the Teflon-based lead rubber isolation bearing were studied. An analytical model was also proposed to predict the force-displacement relationship of the new bearing. Comparison of analytical and experimental results showed that the analytical model can accurately predict the force-displacement relationship and elastic shear deflection of the Teflon-based lead rubber isolation bearings.
Pandikkadavath, Muhamed Safeer;Sahoo, Dipti Ranjan
Steel and Composite Structures
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v.23
no.3
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pp.285-302
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2017
Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are commonly used as the lateral force-resisting systems in building structures in the seismic regions. The nearly-symmetric hysteretic response and the delayed brace core fracture of buckling-restrained braces (BRBs) under the axial cyclic loading provide the adequate lateral force and deformation capacity to BRBFs under the earthquake excitation. However, the smaller axial stiffness of BRBs result in the undesirable higher residual drift response of BRBFs in the post-earthquake scenario. Two alternative approaches are investigated in this study to improve the elastic axial stiffness of BRBs, namely, (i) by shortening the yielding cores of BRBs; and (ii) by reducing the BRB assemblies and adding the elastic brace segments in series. In order to obtain the limiting yielding core lengths of BRBs, a modified approach based on Coffin-Manson relationship and the higher mode compression buckling criteria has been proposed in this study. Both non-linear static and dynamic analyses are carried out to analytically evaluate the seismic response of BRBFs fitted with short-core BRBs of two medium-rise building frames. Analysis results showed that the proposed brace systems are effective in reducing the inter-story and residual drift response of braced frames without any significant change in the story shear and the displacement ductility demands.
Through bolt connections in Concrete Filled Steel Tubes (CFSTs) has been proved to be good in terms of seismic performance and constructability. Stiffened extended end plate connection with full through type bolt helps to avoid field weld altogether, and hence to improve the quality of joints. An experimental study was conducted on the hysteretic performance of square interior beam-column connections using flat extended end plates with through bolt. The study focuses on the effect of the bond between the tie rod and the core concrete on the cyclic performance of the joint. The study also quantifies how much the interior joint is getting strengthened due to the confinement effect induced by bi-directional bolting, which is widely used in 3D moment resisting frames. For a better understanding of the mechanism and for the prediction of shear capacity of the panel zone, a mathematical model was generated. The various parameters included in the model are the influence of axial load, amount of prestress induced by bolt tightening, anchorage, and the concrete strut action. The study investigates the strength, stiffness, ductility, and energy dissipation characteristics. The results indicate that the seismic resistance is at par with American Institute of Steel Construction (AISC) seismic recommendations. The bidirectional bolting and bond effect have got remarkable influence on the performance of joints.
In general, flat plate systems have been used as a gravity load resisting system (GLRS) in building. Thus, this system should be constructed with lateral force resisting system (LFRS) such as shear walls and brace frames. GLRS should retain the ability to undergo the lateral drift associated with the LFRS without loss of gravity load carrying capacity. And flat plate system can be designed LFRS as ordinary moment frame with the special details. Thus, flat plate system designed as GLRS or LFRS should be considered internal forces (e.g., unbalanced moments) and lateral deformation generated in vicinity of slab joints render the system more susceptible to punching shear. ACI 318 (2005) allows the direct design method, equivalent frame method under gravity loads and allows the finite-element models, effective beam width models, and equivalent frame models under lateral loads. These analysis methods can produce widely different result, and each has advantage and disadvantages. Thus, it is sometimes difficult for a designer to select an appropriate analysis method and interpret the results for design purposes. This study is to help designer selecting analysis method for flat plate system and to verify practicality of the modified equivalent frame method under lateral loads. This study compared internal force and drift obtained from frame methods with those obtained from finite element method under gravity and lateral loads. For this purposes, 7 story building is considered. Also, the accuracy of these models is verified by comparing analysis results using frame methods with published experimental results of NRC slab.
Coupled shear walls are effective lateral force resisting system in which coupling beams link individual walls. For improving the energy dissipation capacity of coupling beams, diagonal reinforcement details were developed. However, it is difficult to construct diagonal reinforced coupling beams due to the congestion of reinforcement in the beam. For resolving the problem, this study developed precast coupling beams with bundled diagonal reinforcement. To reduce the reinforcement congestion, bundled diagonal reinforcement were placed in the coupling beam. To evaluate the cyclic performance of coupling beams with bundled diagonal reinforcement, experimental test were conducted. For this purpose, two slender specimens with an aspect ratio of 3.5 were made and tested. It was observed that the cyclic performance of the coupling beam with bundled diagonal reinforcement was similar with that of the coupling beam with normal diagonal reinforcement placed according to design code to ACI 318-11.
This paper presents a new strengthening method on concrete column against seismic loads for structural performance tests. An X-bracing using high performance carbon fiber threads called the "Carbon fiber anchor X-bracing system" is used to connect RC frames internally. The carbon fiber sheet is wrapped around the column to fix the top and bottom of the column after Super anchor was installed by drilling hole on the column. The structural performance was evaluated experimentally and analytically. Two types of columns specimens were made; flexure fracture scaled model and shear fracture scaled model. For the performance evaluation, cyclic loading tests were conducted on moment and shear resisting columns with and without X bracing. Test results confirmed that the bracing system installed on RC columns enhanced the strength capacity and provided adequate ductility.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.129-132
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2008
Coupled shear wall system is the primary seismic load resisting system of buildings. The coupling beam of these buildings must exhibit excellent ductility and energy dissipation capacity. To achieve better ductility and energy dissipation, the steel coupling beam embedded in the reinforced concrete walls is proposed. Performance of the steel coupling beam is mainly effected by embedment length. ACI equation and BS equation were examined with 23 previous test results. The statistical study uses the values of mean value, standard deviation, correlation coefficient, normal distribution curve, and error analysis. Through the analytical program, the evaluation of the 2 equations was established.
The problem of reducing the self-weight of reinforced concrete structures is very important issue. There are two approaches which may be used to reduced member weight. The first is tackled through reducing the cross sectional area by using voids and the second through using light weight materials. Reducing the weight of slabs is very important as it constitutes the effective portion of dead loads in the structural building. Eleven slab specimens was casted in this research. The slabs are made one way though using two simple supports. The tested specimens comprised three reference solid slabs and eight styropor block slabs having (23% and 29%) reduction in weight. The voids in slabs were made using styropor at the ineffective concrete zones in resisting the tensile stresses. All slab specimens have the dimensions ($1100{\times}600{\times}120mm$) except one solid specimens has depth 85 mm (to give reduction in weight of 29% which is equal to the styropor block slab reduction). Two loading positions or cases (A and B) (as two-line monotonic loads) with shear span to effective depth ratio of (a/d=3, 2) respectively, were used to trace the structural behavior of styropor block slab. The best results are obtained for styropor block slab strengthened by minimum shear reinforcement with weight reduction of (29%). The increase in the strength capacity was (8.6% and 5.7%) compared to the solid slabs under loading cases A and B respectively. Despite the appearance of cracks in styropor block slab with loads lesser than those in the solid slab, the development and width of cracks in styropor block slab is significantly restricted as a result of presence a mesh of reinforcement in upper concrete portion.
In this study, new moment-resisting precast concrete beam-column joint made up of hybrid steel concrete was developed and tested. This beam-column joint is proposed for use in moderate seismic regions. It has square hollow tubular section in concrete column and connecting plate in precast U-beam. The steel elements in column and beam members were connected using bolt. Furthermore, in order to prevent the premature failure of concrete in hybrid steel-concrete connection, ECC(engineered cementitious composite) was used. An experimental study was carried out investigating the joint behavior subjected to reversed cyclic loading and constant axial compressive load. Two precast beam-column joint specimens and monolithic reinforced concrete joint specimen were tested. The variables for interior joints were cast-in-situ concrete area and transverse reinforcement within the joint. Tests were carried out under displacement controlled reverse cyclic load with a constant axial load. Joint performance is evaluated on the basis of connection strength, stiffness, energy dissipation, and displacement capacity. The test results showed that significant differences in structural behavior between the two types of connection because of different bonding characteristics between steel and concrete; steel and ECC. The proposed joint detail can induce to move the plastic hinge out of the ECC and steel plate. And proposed precast connection showed better performance than the monolithic connection by providing sufficient moment-resisting behavior suitable for applications in moderate seismic regions.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.3
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pp.28-39
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2013
The most common housing type in Korea is low-rise buildings with unreinforced masonry walls (UMWs) that have been known as a vulnerable seismic-force-resisting system (SFRS) due to the lack of ductility capacities compared to high lateral stiffness of an UMW. However, there are still a little experimental investigation on the shear strength and stiffness of UMWs and on the seismic performance of buildings using UMWs as a SFRS. In Korea, the shear strength and stiffness of UMWs have been evaluated with the equations suggested in FEMA 356 which can not reflect the structural and material characteristics, and workmanship of domestic UMW construction. First of all, this study demonstrates the differences in shear strength and stiffness of UMWs obtained from between FEMA 356 and test results. The influence of these differences on the seismic performance of UMW buildings is then discussed with incremental dynamic analyses results of a prototype UMW building that were selected by the site survey of more than 200 UMW buildings and existing test results of UMWs. The seismic performance assessment of the prototype UMW building are analyzed based on collapse margin ratios and beta values repesenting uncertainty of seismic capacity. Analysis results show that the seismic performance of the UMW building estimated using the equations in FEMA 356 underestimates both a collapse margin ratio and a beta value compared to that estimated by test results. Whatever the estimation is carried out two cases, the seismic performance of the prototype building does not meet the criteria prescribed in a current Korean seismic code and about 90% collapse probability presents for more than 30-year-old UMW buildings under earthquakes with 2400 return years.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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