Bianchini, Fabricio;Haque, A.B.M. Rafiqul;Hewage, Kasun;Alam, M. Shahria
Earthquakes and Structures
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v.11
no.2
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pp.265-280
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2016
Environmental and operational benefits of green roofs are manifolds; however, their main disadvantages are cost and weight. New technology enabled the use of plastics to reduce the weight of green roof systems to promote their installation. To maximize their potential benefits, green roofs can be installed on existing structures. This study evaluates the influence of green roofs on the seismic response of 3, 6, and 8 storey reinforced concrete ductile moment resisting frames, which were designed according to current seismic standards, however, not designed for green roofs. For each frame, three different types of roofs are considered: gravel flat roof, extensive green roof, and intensive green roof. Nonlinear dynamic time history analysis using an ensemble of twenty real earthquake records was performed to determine the inter-storey drift demand and roof drift demand for each frame. Eigenvalue analysis was also performed to determine the impact of green roofs weight on the elastic and cracked periods of the structure. Results from the analysis demonstrated that intensive and extensive green roofs do not affect the seismic performance of reinforced concrete frame structures.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.461-478
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2016
This paper aims to provide guidelines for the numerical modeling of reinforced concrete (RC) frame elements in order to assess the seismic performance of structures. Several types of numerical models RC frame elements are available in nonlinear structural analysis packages. Since these numerical models are formulated based on different assumption and theories, the models accuracy, computing time, and applicability vary, which poses a great difficulty to practicing engineering and limits their confidence in the analysis resultants. In this study, the applicability of four representative numerical models of RC frame elements is evaluated through comparison with experimental results of four-storey bare frame available from European Laboratory for Structural Assessment. The accuracy of a numerical model is evaluated according to the top displacement, interstorey drift, Maximum storey shear, damage pattern and energy dissipation capacity of the frame structure. The results obtained allow a better understanding of the characteristics and potentialities of all procedures, helping the user to choose the best approach to perform nonlinear analysis.
Mixed structures consist of two parts: a lower part and an upper part. The lower part is usually made of concrete while the upper part is made of steel. Analyzing these structures is complicated and code-based design of them has many associated problems. In this research, the seismic behavior of mixed structures which have reinforced concrete frames and shear walls in their lower storeys and steel frames with bracing in their upper storeys were studied. For this purpose, seventeen structures in three groups of 5, 9 and 15 storey structures with different numbers of concrete and steel storeys were designed. Static pushover analysis, linear dynamic analysis and incremental dynamic analysis (IDA) using 15 earthquake records were performed by OpenSees software. Seismic parameters such as period, response modification factor and ductility factor were then obtained for the mixed (hybrid) structures using more than 4600 nonlinear dynamic analysis and used in the regression analysis for achieving proper formula. Finally, some formulas, effective in designing such structures, are presented for the mentioned parameters. According to the results obtained from this research, the response modification factor values of mixed structures are lower compared to those of steel or concrete ones with the same heights. This fact might be due to the irregularities of stiffness, mass, etc., at different heights of the structure. It should be mentioned that for the first time, the performance and seismic response of such structures were studied against real earthquake accelerations using nonlinear dynamic analysis, andresponse modification factor was obtained by IDA.
The main objective of this study is to analytically investigate the effectiveness of different strengthening solutions in upgrading the seismic performance of existing reinforced concrete (RC) buildings in Nepal. For this, four building models with different structural configurations and detailing were considered. Three possible rehabilitation solutions were studied, namely: (a) RC shear wall, (b) steel bracing, and (c) RC jacketing for all of the studied buildings. A numerical analysis was conducted with adaptive pushover and dynamic time history analysis. Seismic performance enhancement of the studied buildings was evaluated in terms of demand capacity ratio of the RC elements, capacity curve, inter-storey drift, energy dissipation capacity and moment curvature demand of the structures. Finally, the seismic safety assessment was performed based on standard drift limits, showing that retrofitting solutions significantly improved the seismic performance of existing buildings in Nepal.
Keihani, Reza;Bahadori-Jahromi, Ali;Goodchild, Charles;Cashell, Katherine A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.1
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pp.83-99
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2020
Shear walls are structural members in buildings that are used extensively in reinforced concrete frame buildings, and almost exclusively in the UK, regardless of whether or not they are actually required. In recent years, the UK construction industry, led by the Concrete Centre, has questioned the need for such structural elements in low to mid-rise reinforced concrete frame buildings. In this context, a typical modern, 5-storey residential building is studied, and its existing shear walls are replaced with columns as used elsewhere in the building. The aim is to investigate the impact of several design variables, including concrete grade, column size, column shape and slab thickness, on the building's structural performance, considering two punching shear limits (VEd/VRd,c), lateral drift and accelerations, to evaluate its maximum possible height under wind actions without the inclusion of shear walls. To facilitate this study, a numerical model has been developed using the ETABS software. The results demonstrate that the building examined does not require shear walls in the design and has no lateral displacement or acceleration issues. In fact, with further analysis, it is shown that a similar building could be constructed up to 13 and 16 storeys high for 2 and 2.5 punching shear ratios (VEd/VRd,c), respectively, with adequate serviceability and strength, without the need for shear walls, albeit with thicker columns.
Rahgozar, Reza;Ahmadi, Ali Reza;Hosseini, Omid;Malekinejad, Mohsen
Structural Engineering and Mechanics
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v.40
no.1
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pp.65-84
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2011
In this paper a simple mathematical model for approximate static analysis of combined system of framed tube, shear core and two outrigger-belt truss structures subjected to lateral loads is presented. In the proposed methodology, framed tube is modeled as a cantilevered beam with a box section and interaction between shear core and outrigger-belt truss system with framed tube is modeled using torsional springs placed at location of outrigger-belt truss; these torsional springs act in a direction opposite to rotation generated by lateral loads. The effect of shear lag on axial deformation in flange is quadratic and in web it is a cubic function of geometry. Here the total energy of the combined system is minimized with respect to lateral deflection and rotation in plane section. Solution of the resulting equilibrium equations yields the unknown coefficients of shear lag along with the stress and displacement distributions. The results of a numerical example, 50 storey building subjected to three different types of lateral loading obtained from SAP2000 are compared to those of the proposed method and the differences are found to be reasonable. The proposed method can be used during the preliminary design stages of a tall building and can provide a better understanding of the effects of various parameters on the overall structural behavior.
In the case of seismic-resistant composite dual moment resisting and eccentrically braced frames, the current design practice is to avoid the disposition of shear connectors in the expected plastic zones, and consequently to consider a symmetric moment or shear plastic hinges, which occur only in the steel beam or link. Even without connectors, the real behavior of the hinge may be different from the symmetric assumption since the reinforced concrete slab is connected to the steel element close to the hinge locations, and also due to contact friction between the concrete slab and the steel element. At a larger level, the structural response in the case of important seismic motions depends directly on the elasto-plastic behavior of elements and hinges. The numerical investigation presented in this study summarizes the results of elasto-plastic analyses of several steel frames, considering the interaction of the steel beam with the concrete slab. Several parameters, such as the inter-story drift, plastic rotation requirements and behavior factors q were monitored. In order to obtain accurate results, adequate models of plastic hinges are proposed for both the composite short link and composite reduced beam sections.
Jayalekshmi, B.R.;Poojary, V.G. Deepthi;Venkataramana, Katta;Shivashankar, R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.1
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pp.1-16
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2013
The seismic response of RC space frame structures with isolated footing resting on a shallow soil stratum on rock is presented in this paper. Homogeneous soil stratum of different stiffness in the very soft to stiff range is considered. Soil, footing and super structure are considered to be the parts of an integral system. A finite element model of the integrated system is developed and subjected to scaled acceleration time histories recorded during two different real earthquakes. Dynamic analysis is performed using mode superposition method of transient analysis. A parametric study is conducted to investigate the effect of flexibility of soil in the dynamic behaviour of low-rise building frames. The time histories and Fourier spectra of roof displacement, base shear and structural response quantities of the space frame on compliant base are presented and compared with the fixed base condition. Results indicate that the incorporation of soil flexibility is required for the realistic estimate of structural seismic response especially for single storey structures resting on very soft soil.
Based on the change of traditional viscoelastic damper structure, a brand-new damper is designed to control simultaneously the translational vibration and the rotational vibration for platforms. Experimental study has been carried out on the mechanical properties of viscoelastic material and on its multi-dimensional seismic response control effect of viscoelastic damper. Three types of viscoelastic dampers with different shapes of viscoelastic material are designed to test the influence of excited frequency, strain amplitude and ambient temperature on the mechanical property parameters such as circular dissipation per unit, equivalent stiffness, loss factor and storage shear modulus. Then, shaking table tests are done on a group of single-storey platform systems containing one symmetric platform and three asymmetric platforms with different eccentric forms. Experimental results show that the simulation precision of the restoring force model is rather good for the shear deformation of viscoelastic damper and is also satisfied for the torsion deformation and combined deformations of viscoelastic damper. The shaking table tests have verified that the new-type viscoelastic damper is capable of mitigating the multi-dimensional seismic response of offshore platform.
The objective of this paper is to report on a study of the use of unstiffened thin steel plate shear walls (SPSWs) for the seismic performance improvement of reinforced concrete frames with deficient lateral rigidity. The behaviour of reinforced concrete frames during seismic activities was rehabilitated with an alternative and occupant-friendly retrofitting scheme. The study involved tests of eight 1/3 scale, one bay, two storey test specimens under cyclic quasi-static lateral loadings. The first specimen, tested in previous test program, was a reference specimen, and in seven other specimens, steel infill plates were used to replace the conventional infill brick or the concrete panels. The identification of the load-deformation characteristics, the determination of the level of improvement in the overall strength, and the elastic post-buckling stiffness were the main issues investigated during the quasi-static test program. With the introduction of the SPSWs, it was observed that the strength, stiffness and energy absorption capacities were significantly improved. It was also observed that the experimental hysteresis curves were stable, and the composite systems showed excellent energy dissipation capacities due to the formation of a diagonal tension field action along with a diagonal compression buckling of the infill plates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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