Structures are designed in such a way that they behave in a nonlinear manner when subject to strong ground motions. Energy concepts have been widely used to evaluate the structural performance for the last few decades. Energy based design can be expressed as the balance of energy input and the energy dissipation capacity of the structure. New research is needed for multi degree of freedom systems (MDOFs)-real structures- within the framework of the energy based design methodology. In this paper, energy parameters are evaluated for low-, medium- and high-rise steel special concentrically braced frames (SCBFs) in terms of total energy input and hysteretic energy. Nonlinear dynamic time history analyses are carried out to assess the variation of energy terms along the height of the frames. A seismic energy demand spectrum is developed and hysteretic energy distributions within the frames are presented.
In this paper, the evaluation of the elastic lateral stiffness factor (ELSF) of steel frames for different lateral load-resisting systems (LLRSs) is presented. First, 720 steel structural frame models have been analyzed and designed using the equivalent lateral force method. Then by using pushover analysis method, all models have been analyzed, compared and evaluated. Finally, the effects of a number of influenced parameters such as different types of LLRSs, span length, number of stories, number of spans as well as story height of the buildings on the lateral stiffness are assessed and by applying regression analysis some useful equations were submitted. Based on the results obtained for steel frames having different LLRSs, compared to ordinary moment-resisting frames (OMRFs) as a base (having ELSF of 1), the normalized average ELSFs of K-eccentrically braced-frames (K-EBFs), V-, Z-, inverted V-, X-braced-frames, shear walls with thickness of 25 cm (SW25) and shear walls with thickness of 30 cm (SW30) are about 2.2, 6, 7, 9, 11, 95, 155, respectively. Among the braced-frames, X-braced-frames have the maximum ELSF, about 10 times more than OMRF, while OMRFs provide the minimum ELSFs among all LLRSs, and the frames supported by shear walls have ELSFs about 100 to 150 times more than OMRFs.
This research aims to investigate the structural behavior of concentrically braced frames after element loss by performing nonlinear static and dynamic analyses such as Time History Analysis (THA), Pushdown Analysis (PDA), Vertical Incremental Dynamic Analyses (VIDA) and Performance-Based Analysis (PBA). Such analyses are to assess the potential and capacity of this structural system for occurrence of progressive collapse. Besides, by determining the Failure Overload Factors (FOFs) and associated failure modes, it is possible to relate the results of various types of analysis in order to save the analysis time and effort. Analysis results showed that while VIDA and PBA according to FEMA 356 are mostly similar in detecting failure mode and FOFs, the Pushdown Overload Factors (PDOFs) differ from others at most to the rate of 23%. Furthermore, by sensitivity analysis it was observed that among the investigated structures, the eight-story frame had the most FOF. Finally, in this research the trend of FOF and the FOF to critical member capacity ratio for the plane split-X braced frames were introduced as a function of the number of frame stories.
In this study, the weight and the connections type layout of low-rise eccentrically braced frame (EBF) have been optimized based on performance-based design method. For this purpose, two objective functions were defined based on two different aspects on rigid connections, in one of which minimization and in the other one, maximization of the number of rigid connections was considered. These two objective functions seek to increase the area under the pushover curve, in addition to the reduction of the weight and selection of the optimum connections type layout. The performance of these objective functions was investigated in optimal design of a three-story eccentrically braced frame, using two meta-heuristic algorithms: Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO) and Enhanced Vibrating Particles System (EVPS). Then, the reliability indices of the optimal designs for both objective functions were calculated for the story lateral drift limits using Monte-Carlo Simulation (MCS) method. Based on the reliability assessment results of the optimal designs and taking the three levels of safety into account, the final designs were selected and their specifications were compared.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.1
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pp.1-9
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2013
In this study of Eccentric Braced Frames have identified the following target eccentricity on the length of the inelastic behavior of the reaction by calculating the correction factor by comparing it to the value suggested by the earthquake provided material for the rational design aims to There are. As a variable-length V-braced frame analysis model stations were set up. Eccentricity faults in the model according to the length stiffness ratio, the maximum amount of energy dissipation were analyzed base shear and multi-layered model of the reaction from the eccentricity correction factor calculated on the length of the building standards proposed by KBC 2009 in response eccentricity correction factor calculated from The length varies. does not have the same response modification factor was confirmed.
Earthquakes of 5.8 and 5.4 Richter scale recently occurred one after another in Korea, changing the Korean peninsula from an earthquake safe zone but 'earthquake danger zone'. Therefore, seismic reinforcements must expand to include structures with low seismic resistance in order to prepare for earthquakes on a larger scale in the future. This study investigated the performances of various seismic reinforcement systems such as X-braced steel rod reinforcement, steel shear wall with circular opening reinforcement, and slit damper reinforcement using shaking table test and computational analyses of seismic data in order to establish a proper seismic reinforcement plan. These three seismic reinforcement systems could increase the stiffness and strength of existing structures and reduce maximum drift ratio in the event of an earthquake.
Shariati, Mahdi;Ghorbani, Mostafa;Naghipour, Morteza;Alinejad, Nasrollah;Toghroli, Ali
Steel and Composite Structures
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v.34
no.3
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pp.393-407
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2020
The braced tube frame system, a combination of perimeter frame and bracing frame, is one of the systems used in tall buildings. Due to the implementation of this system in tall buildings and the high rigidity resulting from the use of general bracing, providing proper ductility while maintaining the strength of the structure when exposing to lateral forces is essential. Also, the high stress at the connection of the beam to the column may cause a sudden failure in the region before reaching the required ductility. The use of Reduced Beam Section connection (RBS connection) by focusing stress in a region away from beam to column connection is a suitable solution to the problem. Because of the fact that RBS connections are usually used in moment frames and not tested in tall buildings with braced tube frames, they should be investigated. Therefore, in this research, three tall buildings in height ranges of 20, 25 and 30 floors were modeled and designed by SAP2000 software, and then a frame in each building was modeled in PERFORM-3D software under two RBS-free system and RBS-based system. Nonlinear time history dynamic analysis is used for each frame under Manjil, Tabas and Northridge excitations. The results of the Comparison between RBS-free and RBS-based systems show that the RBS connections increased the absorbed energy level by reducing the stiffness and increasing the ductility in the beams and structural system. Also, by increasing the involvement of the beams in absorbing energy, the columns and braces absorb less energy.
In Y-shaped eccentrically braced frame fabricated with high strength steel (Y-HSS-EBF), link uses conventional steel while other structural members use high strength steel. Cyclic test for a 1:2 length scaled one-bay and one-story Y-HSS-EBF specimen and shake table test for a 1:2 length scaled three-story Y-HSS-EBF specimen were carried out to research the seismic performance of Y-HSS-EBF. These include the failure mode, load-bearing capacity, ductility, energy dissipation capacity, dynamic properties, acceleration responses, displacement responses, and dynamic strain responses. The test results indicated that the one-bay and one-story Y-HSS-EBF specimen had good load-bearing capacity and ductility capacity. The three-story specimen cumulative structural damage and deformation increased, while its stiffness decreased. There was no plastic deformation observed in the braces, beams, or columns in the three-story Y-HSS-EBF specimen, and there was no danger of collapse during the seismic loads. The designed shear link dissipated the energy via shear deformation during the seismic loads. When the specimen was fractured, the maximum link plastic rotation angle was higher than 0.08 rad for the shear link in AISC341-10. The Y-HSS-EBF is a safe dual system with reliable hysteretic behaviors and seismic performance.
In order to reduce the residual drift of a structure in structural engineering field, a combined structural system (dual) consisting of steel buckling-restrained braced frame (BRBF) along with shear wall is proposed. In this paper, BRBFs are used with special reinforced concrete shear walls as combined systems. Some prototype models of the proposed combined systems as well as steel BRBF-only systems (without walls) are designed according to the code recommendations. Then, the nonlinear model of the systems is prepared using fiber elements for the reinforced concrete wall and appropriate elements for the BRBs. Seismic responses of the combined systems subjected to ground motions at maximum considered earthquake level are investigated and compared to those obtained from BRBFs. Results showed that the maximum residual inter-story drift from the combined systems is, on average, less than half of the corresponding value of the BRBFs. In this research, mean of absolute values of the maximum inter-story drift ratio demand obtained from combined systems is less than the 3% limitation, while this criterion has not been fulfilled by BRBF systems.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.3
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pp.45-55
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2013
The core aim of this paper is to empirically scrutinize a strength characteristic and ductility of the beam-column frame of reinforced with steel subjected to the cyclic lateral load. First and foremost, I the author embarks upon making four prototypes vis-$\grave{a}$-vis this research. Through this endeavour, the author has analysed cyclic behavior, fracture shape, ductility and energy dissipation of the normal beam-column frame and a beam-column frame of reinforced with steel. In addition, the survey has revealed the exact stress transfer path and the destructive mechanism in order to how much a beam-column frame of reinforced with steel has resistance to earthquake regarding all types of building, as well as school construction. To get the correct data, the author has compared the normal beam-column frame and three types of the beam-column frame of reinforced with steel following these works, the characteristic of cyclic behavior, destructive mechanism, ductility, and Energy dissipation of normal beam-column frame and a beam-column frame of reinforced with steel have been examined clearly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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