Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.31-42
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2019
In this study, the results of an analytical investigation on the seismic behavior of two residential 4-story bearing wall buildings with pilotis, each of which has symmetric or unsymmetric wall arrangement at their piloti level, are presented. The dynamic characteristics and lateral resistance of the piloti buildings were investigated through linear elastic and nonlinear static analyses. According to the results, the analytical natural period of vibration of the piloti buildings were significantly shorter than the fundamental period calculated in accordance with KBC 2016. In the initial elastic behavior, the walls resisting in-plane shear contributed to the lateral stiffness and strength, while the contribution of columns resisting flexural moments in double curvature was limited. However, after the shear cracking and yielding of the walls occurred, the columns significantly contributed to the residual strength and ductility. Based on those investigations, design recommendations of low-rise bearing wall buildings with piloti configuration are given.
Although it is widely accepted that the interaction -between masonry infill and structural members significantly affects the seismic response of reinforced concrete (RC) frames, this interaction is generally neglected in current design-oriented seismic analyses of structures. Moreover, the role of masonry infill is expected to be even more relevant in the case of existing frames designed only for gravitational loads, as infill walls can significantly modify both lateral strength and stiffness. However, the additional contribution to both strength and stiffness is often coupled to a modification of the global collapse mechanisms possibly resulting in brittle failure modes, generally related to irregular distributions of masonry walls throughout the frame. As a matter of principle, accurate modelling of masonry infill should be at least carried out by adopting nonlinear 2D elements. However, several practice-oriented proposals are currently available for modelling masonry infill through equivalent (nonlinear) strut elements. The present paper firstly outlines some of the well-established models currently available in the scientific literature for modelling infill panels in seismic analyses of RC frames. Then, a parametric analysis is carried out in order to demonstrate the consequences of considering such models in nonlinear static and dynamic analyses of existing RC structures. Two bay-frames with two-, three- and four-storeys are considered for performing nonlinear analyses aimed at investigating some critical aspects of modelling masonry infill and their effects on the structural response. Particularly, sensitivity analyses about specific parameters involved in the definition of the equivalent strut models, such as the constitutive force-displacement law of the panel, are proposed.
The seismic slope stability is most often evaluated by the pseudo-static limit analysis, in which the earthquake loading is simplified as static inertial loads acting in horizontal and/or vertical directions. The transient loading is represented by constant acceleration via the pseudostatic coefficients. The result of a pseudostatic analysis is governed by the selection of the value of the pseudostatic coefficient. However, selection of the value is very difficult and often done in an ad hoc manner without a sound physical reasoning. In addition, the maximum acceleration is commonly estimated from the design guideline, which cannot accurately estimate the dynamic response of a slope. There is a need to perform a 2D dynamic analysis to properly define the dynamic response characteristics. This paper develops a new hybrid pseudostatic method that links the modified one-dimensional seismic site response analysis and the pseudostatic algorithm. The modified site response analysis adjusts the density of the layers to simulate the change in mass and weight of the layers of the slope with depth. Multiple analyses were performed at various locations within the slope to estimate the change in seismic response of the slope. The calculated peak acceleration profiles with depth from the developed procedure were compared to those by the two-dimensional analyses. Comparisons show that the two methods result in remarkable match. The calculated profiles are used to perform pseudostatic analysis. The results show that use of peak or a fraction of acceleration at the surface can seriously underestimate or overestimate the factor of safety, and that the proposed procedure significantly enhances the reliability of a standard procedure.
Lucas Mognon Santiago Prates;Felipe Piana Vendramell Ferreira;Alexandre Rossi;Carlos Humberto Martins
Steel and Composite Structures
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v.46
no.4
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pp.451-469
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2023
The use of precast hollow-core slabs (PCHCS) in civil construction has been increasing due to the speed of execution and reduction in the weight of flooring systems. However, in the literature there are no studies that present a finite element model (FEM) to predict the load-slip relationship behavior of pushout tests, considering headed stud shear connector and PCHCS placed at the upper flange of the downstand steel profile. Thus, the present paper aims to develop a FEM, which is based on tests to fill this gap. For this task, geometrical non-linear analyses are carried out in the ABAQUS software. The FEM is calibrated by sensitivity analyses, considering different types of analysis, the friction coefficient at the steel-concrete interface, as well as the constitutive model of the headed stud shear connector. Subsequently, a parametric study is performed to assess the influence of the number of connector lines, type of filling and height of the PCHCS. The results are compared with analytical models that predict the headed stud resistance. In total, 158 finite element models are processed. It was concluded that the dynamic implicit analysis (quasi-static) showed better convergence of the equilibrium trajectory when compared to the static analysis, such as arc-length method. The friction coefficient value of 0.5 was indicated to predict the load-slip relationship behavior of all models investigated. The headed stud shear connector rupture was verified for the constitutive model capable of representing the fracture in the stress-strain relationship. Regarding the number of connector lines, there was an average increase of 108% in the resistance of the structure for models with two lines of connectors compared to the use of only one. The type of filling of the hollow core slab that presented the best results was the partial filling. Finally, the greater the height of the PCHCS, the greater the resistance of the headed stud.
This paper discusses a probabilistic method for power system security assessment. The security analysis relates to the ability of the electric power systems to survive sudden disturbances such as electric short circuits or unanticipated loss of system elements. It consists of both steady state and dynamic security analyses, which are not two separate issues but should be considered together. In steady state security analysis including voltage security analysis, the analysis checks that the system is operated within security limits by OPF (optimal power flow) after the transition to a new operating point. Until now, many utilities have difficulty in including dynamic aspects due to computational capabilities. On the other hand. dynamic security analysis is required to ensure that the transition may lead to an acceptable operating condition. Transient stability, which is the ability of power systems to maintain synchronism when subjected to a large disturbance. is a principal component in dynamic security analysis. Usually any loss of synchronism may cause additional outages and make the present steady state analysis of the post-contingency condition inadequate for unstable cases. This is the reason for the need of dynamic studies in power systems. Probabilistic criterion can be used to recognize the probabilistic nature of system components while considering system security. In this approach. we do not have to assign any predetermined margin of safety. A comprehensive conceptual framework for probabilistic static and dynamic assessment is presented in this paper. The simulation results of the Western System Coordinating Council (WSCC) system compare an analytical method with Monte-Carlo simulation (MCS).
Mohammad H. Habashizadeh;Nima Talebian;Dane Miller;Martin Skitmore;Hassan Karampour
Steel and Composite Structures
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v.49
no.1
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pp.47-64
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2023
Due to their efficient use of materials, hybrid reinforced concrete-steel (RCS) systems provide more practical and economic advantages than traditional steel and concrete moment frames. This study evaluated the seismic design factors and response modification factor 'R' of RCS composite moment frames composed of reinforced concrete (RC) columns and steel (S) beams. The current International Building Code (IBC) and ASCE/SEI 7-05 classify RCS systems as special moment frames and provide an R factor of 8 for these systems. In this study, seismic design parameters were initially quantified for this structural system using an R factor of 8 based on the global methodology provided in FEMA P695. For analyses, multi-story (3, 5, 10, and 15) and multi-span (3 and 5) archetypes were used to conduct nonlinear static pushover analysis and incremental dynamic analysis (IDA) under near-field and far-field ground motions. The analyses were performed using the OpenSees software. The procedure was reiterated with a larger R factor of 9. Results of the performance evaluation of the investigated archetypes demonstrated that an R factor of 9 achieved the safety margin against collapse outlined by FEMA P695 and can be used for the design of RCS systems.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the short term effects of ASEJ (ankle strengthening with emphasis on jumping) for 3weeks on strength, mechanical properties, and balance and to compare the balance with and without HH(high-heel) condition. Methods: ASEJ (a combined exercise of squat, heel raise up, and jumping) were performed for the subjects in 11 female ankle instability young females ($21.7{\pm}2.0yrs$ Cumberland ankle instability score $19{\pm}6.5$). To investigate the effect of ASEJ, investigator used dynamometer for measuring strength, MyotonPRO for measuring mechanical properties(tone, stiffness, and elasticity of the muscles), I-Balance test for static balance, and Y-balance test for dynamic balance between the condition with and without HH condition. All data were normally distributed and analyzed using the SPSS 22.0 statistical program. Comparing pre- and post-intervention and the condition with and without HH conditions data were examined using the paired t-test. The level of significance was chosen as 0.05 for all the analyses. Results: 3wks of ASEJ would strengthen leg muscles and increasing muscle tone and stiffness in most muscles however there was decreasing muscle elasticity of gastrocnemious. In addition, the ASEJ improves the static balance for ankle instability young females and increases the dynamic balance when wearing the heels especially. Conclusions: the ASEJ could recommend to improve the strength and balance for ankle instability young females. Also, measuring the balance with HH conditions well represents the risk of ankle damage in female.
In tall constructions, the outriggers are regarded as a structural part capable of effectively resisting lateral loads. This study analyses the efficacy of hybrid outrigger system in high rise RCC building for various structural parameters identified. For variations in α, which is defined as the ratio of the relative flexural stiffness of the core to the axial rigidity of the column, static and dynamic analyses of hybrid outrigger system having a virtual and a conventional outrigger at two distinct levels were conducted in the present study. An investigation on the optimal outrigger position was performed by taking the results from absolute maximum inter storey drift ratio (ISDmax), roof acceleration (accroof), roof displacement (disproof), and base bending moment under both wind and seismic loads on analytical models having 40, 60 and 80 storeys. An ideal performance index parameter was introduced and was utilized to obtain the optimal position of the hybrid outrigger system considering the combined response of ISDmax, accroof, disproof and, criteria required for the structure under wind and seismic loads. According to the behavioural study, increasing the column area and outrigger arm length will maximise the performance of the hybrid outrigger system. The analysis results are summarized in a flowchart which provides the optimal positions obtained for each dependent parameter and based on ideal performance index which can be used to make initial suggestions for installing a hybrid outrigger system.
Steel shear walls are used to strengthen steel and concrete structures. One such system is Partial Attached Steel Shear Walls (PASSW), which are only connected to frame beams. This system offers both structural and architectural advantages. This study first calibrated the numerical model of RC frames with and without PASSW using an experimental sample. The seismic performance of the RC frame was evaluated by 30 non-linear static analyses, which considered stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation, to investigate the effect of PASSW width and column axial load. Based on numerical results and a curve fitting technique, a lateral stiffness equation was developed for frames equipped with PASSW. The effect of the shear wall location on the concrete frame was evaluated through eight analyses. Nonlinear dynamic analysis was performed to investigate the effect of the shear wall on maximum frame displacement using three earthquake records. The results revealed that if PASSW is designed with appropriate stiffness, it can increase the energy dissipation and ductility of the frame by 2 and 1.2 times, respectively. The stiffness and strength of the frame are greatly influenced by PASSW, while axial force has the most significant negative impact on energy dissipation. Furthermore, the location of PASSW does not affect the frame's behavior, and it is possible to have large openings in the frame bay.
Blast resistant gates are required to be lightweight and able to mitigate extreme loading effect. This may be achieved through innovative design of a gate and its supporting frame. The first is well covered in literature while the latter is often overlooked. The design of supporting frame depends mainly on the boundary conditions and corresponding reaction forces. The later states the novelty and the aim of this paper, namely, the analysis of reaction forces in supporting structure of rectangular steel gates subjected to "far-field explosions". Flat steel plate was used as simplified gate structure, since the focus was on reaction forces rather than behaviour of gate itself. The analyses include both static and dynamic cases using analytical and numerical methods to emphasize the difference between both approaches, and provide some practical hints for engineers. The comprehensive study of reaction forces presented here, cover four different boundary conditions and three length to width ratios. Moreover, the effect of explosive charge and stand-off distance on reaction forces was also covered. The analyses presented can be used for a future design of a possible "blast absorbing supporting frame" which will increase the absorbing properties of the gate. This in return, may lead to lighter and more operational blast resistant gates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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