Strengthening as well as correcting unsightly deflections of reinforced concrete (RC) beam may be accomplished by retrofitting. An innovative way to do this retrofitting that is proposed in this study utilizes turnbuckle to apply external post-tensioning. This Turnbuckle External Post-Tensioning (T-EPT) was experimentally proven to improve the serviceability and load carrying capacity of reinforced concrete beams. The T-EPT system comprises a braced steel frame and a turnbuckle mechanism to provide the prestressing force. To further develop the T-EPT, this research aims to develop a numerical scheme to analyze the structural performance of reinforced concrete beams with this kind of retrofitting. The fiber method analysis was used as the numerical scheme. The fiber method is a simplified finite element method that is used in this study to predict the elastic and inelastic behavior of a reinforced concrete beam. With this, parametric study was conducted so that the effective setup of doing the T-EPT retrofitting may be determined. Different T-EPT configurations were investigated and their effectiveness evaluated. Overall, the T-EPT was effective in improving the serviceability condition and load carrying capacity of reinforced concrete beam.
The effective buckling length factor is an important parameter in the elastic buckling analysis of steel structures. The present article aims at developing a new method that allows the determination of the buckling factor values for frames. The novelty of the method is that it considers the interaction between the bracing and the elastic supports for asymmetrical frames in particular. The approach consists in isolating a critical column within the frame and evaluating the rotational and translational stiffness of its restraints to obtain the critical buckling load. This can be achieved by introducing, through a dimensionless parameter 𝜙i, the effects of coupling between the axial loading and bending stiffness of the columns, on the classical stability functions. Subsequently, comparative, and parametric studies conducted on several frames are presented for assessing the influence of geometry, loading, bracing, and support conditions of the frame columns on the value of the effective buckling length factor K. The results show that the formulas recommended by different approaches can give rather inaccurate values of K, especially in the case of asymmetric frames. The expressions used refer solely to local stiffness distributions, and not to the overall behavior of the structure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.3
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pp.106-114
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2006
This study proposed the applicability of inverse stiffness method on the seismic design for steel frame with buckling restrained braces and the design results were compared with former research's. The concept of this method is simple and efficient. Furthermore it is able to reflect the high mode's effect and control the ductility factors of each story individually. Design results using the proposed method showed that according to increase of the given target drift, the areas of brace generally decreased but partially increased in some stories of the tall structure with very large ductility. And the post yield stiffness ratio's variation had more effect on the design results in the small post yield stiffness ratio.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.3
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pp.875-888
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2013
The researches have recently progressed toward the use of the superelastic shape memory alloys (SMAs) to develop new smart control systems that reduce permanent deformation occurring due to severe earthquake events and that automatically recover original configuration. The superelastic SMA materials are unique metallic alloys that can return to undeformed shape without additional heat treatments only after the removal of applied loads. Once the superelastic SMA materials are thus installed at the place where large deformations are likely to intensively occur, the structural system can make the best use of recentering capabilities. Therefore, this study is intended to propose new buckling-restrained braced frames (BRBFs) with superelastic SMA bracing systems. In order to verify the performance of such bracing systems, 6-story braced frame buildings were designed in accordance with the current design specifications and then nonlinear dynamic analyses were performed at 2D frame model by using seismic hazard ground motions. Based on the analysis results, BRBFs with innovative SMA bracing systems are compared to those with conventional steel bracing systems in terms of peak and residual inter-story drifts. Finally, the analysis results show that new SMA bracing systems are very effective to reduce the residual inter-story drifts.
The application of shape memory alloys (SMAs) to the seismic response reduction of civil engineering structures has attracted growing interest due to their self-centering feature and excellent fatigue performance. The loading rate dependence of SMAs raises a concern in the seismic analysis of SMA-based devices. However, the implementation of micromechanics-based strain-rate-dependent constitutive models in structural analysis software is rather complicated and computationally demanding. This paper investigates the feasibility of replacing complex rate-dependent models with rate-independent constitutive models for superelastic SMA elements in seismic time-history analysis. Three uniaxial constitutive models for superelastic SMAs, including one rate-dependent thermomechanical model and two rate-independent phenomenological models, are considered in this comparative study. The pros and cons of the three nonlinear constitutive models are also discussed. A parametric study of single-degree-of-freedom systems with different initial periods and strength reduction factors is conducted to examine the effect of the three constitutive models on seismic simulations. Additionally, nonlinear time-history analyses of a three-story prototype steel frame building with special SMA-based damping braces are performed. Two suites of seismic records that correspond to frequent and design basis earthquakes are used as base excitations in the seismic analyses of steel-braced frames. The results of this study show that the rate-independent constitutive models, with their parameters properly tuned to dynamic test data, are able to predict the seismic responses of structures with SMA-based seismic response modification devices.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.6
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pp.35-45
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2008
To investigate the effects of residual displacement, the structural responses of buckling-restrained braced frames (BRBF) and special moment-resisting frames (SMRF) were evaluated for design-based excitations following an application of initial residual drift. The initial residual drift was applied to the structure in two ways. The first way was to simply apply the same earthquake record to the structure twice, with an appropriate pause between applications to allow the structural response from the first record to return to zero. The second way to apply the initial residual drift was to apply a pushover to the structure until it arrives at the desired residual drift value. According to the analysis results, the initial residual drifts had a significant effect on the responses of steel BRBF and SMRF. The responses of BRBF were more highly dependent on the initial residual deformation than the responses of SMRF. Therefore, in order to minimize the post-event repair cost, a reduction of residual drift is required.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.3
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pp.47-55
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2003
This study proposed a convenient seismic design procedure for buckling-restrained braced frames based on the equivalent energy concept. The design process begins with the computation of input energy from response spectrum. Then the elastic energy and plastic energy are computed based on the equal energy concept. The computed plastic energy is distributed to each story along energy distribution ratio and the cross-sectional area of each brace is computed so that all the plastic energy is dissipated by the brace. The proposed procedure was applied to the design of three-, six-, and twenty-story steel frames with buckling-restrained braces, and artificial earthquake records were used for verification of the proposed method. According to analysis results, top story displacements of the low-rise structure satisfies the given target displacement however that of the twenty-story structure was much smaller than the given target displacement.
Earthquake response of mid-rise to high-rise buildings provided with friction dampers is investigated. The steel buildings are modelled as shear-type structures and the investigation involved modelling of the structures of varying heights ranging from five storeys to twenty storeys, in steps of five storeys, subjected to real earthquake ground motions. Three basic types of structures considered in the study are: moment resisting frame (MRF), braced frame (BF), and friction damper frame (FDF). Mathematical modelling of the friction dampers involved simulation of the two distinct phases namely, the stick phase and the slip phase. Dynamic time history analyses are carried out to study the variation of the top floor acceleration, top floor displacement, storey shear, and base-shear. Further, energy plots are obtained to investigate the energy dissipation by the friction dampers. It is seen that substantial earthquake response reduction is achieved with the provision of the friction dampers in the mid-rise and high-rise buildings. The provision of the friction dampers always reduces the base-shear. It is also seen from the fast Fourier transform (FFT) of the top floor acceleration that there is substantial reduction in the peak response; however, the higher frequency content in the response has increased. For the structures considered, the top floor displacements are lesser in the FDF than in the MRF; however, the top floor displacements are marginally larger in the FDF than in the BF.
Sudipta Chakraborty;Md. Rajibul Islam;Dookie Kim;Jeong Young Lee
Architectural research
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v.25
no.1
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pp.1-9
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2023
Structural ageing influences the structural performance in a negative way by reducing the seismic resilience of the structure which makes it a major concern around the world. Retrofitting is considered to be a pragmatic and feasible solution to address this issue. Numerous retrofitting techniques are devised by researchers over the years. The viability of using steel bracings as retrofitting component is evaluated on a G+30 storied building model designed according to ACI318-14 and ASCE 7-16. Four different types of steel bracing arrangements (V, Inverted V/ Chevron, Cross/ X, Diagonal) are assessed in the model developed in commercial nu-merical analysis software while considering both material and geometric nonlinearities. Reducing displacement and cost in the structures indicates that the design is safe and economical. Therefore, the purpose of this article is to find the best bracing system that causes minimum displacement, which indicates maximum lateral stiffness. To evaluate the seismic vulnerability of each system, incremental dynamic analysis was conducted to develop fragility curves, followed by the formation of collapse margin ratio (CMR) as stipulated in FEMA P695 and finally, a cost estimation was made for each system. The outcomes revealed that the effects of ge-ometric nonlinearity tend to evoke hazardous consequences if not considered in the structural design. Probabilistic seismic and economic probes indicated the superior performance of V braced frame system and its competency to be a germane technique for retrofitting.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.569-576
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2011
In this paper a new analysis procedure for evaluation of progressive collapse resisting capacity of a structure was proposed based on the nonlinear static analysis procedure. The proposed procedure produces analysis results identical to those obtained by the linear static analysis procedure specified in the GSA guidelines without iteration, therefore saving a lot of computation time and excluding the possibility of human errors during the procedure. To verify the validity of the proposed procedure, the two methods were applied to the analysis of a reinforced concrete moment frame and a steel braced frame subjected to loss of a first story column and the results were compared. According to the analysis results, the two methods produce identical results in the prediction of progressive collapse and the hinge formation. As iterative analysis is not required in the proposed method, significant amount of analysis time is saved in the proposed analysis procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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