This study presents an analytical investigation on the seismic response of a medium-rise buckling-restrained braced frame (BRBF) under the near-fault ground motions. A seven-story BRBF is designed as per the current code provisions for five different combinations of brace configurations and beam-column connections. Two types of brace configurations (i.e., Chevron and Double-X) are considered along with a combination of the moment-resisting and the non-moment-resisting beam-to-column connections for the study frame. Nonlinear dynamic analyses are carried out for all study frames for an ensemble of forty SAC near-fault ground motions. The main parameters evaluated are the interstory and residual drift response, brace displacement ductility, and plastic hinge mechanisms. Fragility curves are developed using log-normal probability density functions for all study frames considering the interstory drift ratio and residual drift ratio as the damage parameters. The average interstory drift response of BRBFs with Double-X brace configurations significantly exceeded the allowable drift limit of 2%. The maximum displacement ductility characteristics of BRBs is efficiently utilized under the seismic loading if these braces are arranged in the Double-X configurations instead of Chevron configurations in BRBFs located in the near-fault regions. However, BRBFs with the Double-X brace configurations exhibit the higher interstory drift and residual drift response under near-fault ground motions due to the formation of plastic hinges in the columns and beams at the intermediate story levels.
A parametric study was conducted to investigate the seismic deformation demands in terms of drift ratio, plastic base rotation and compression strain on rectangular wall members in frame-wall systems. The wall index defined as ratio of total wall area to the floor plan area was kept as variable in frame-wall models and its relation with the seismic demand at the base of the wall was investigated. The wall indexes of analyzed models are in the range of 0.2-2%. 4, 8 and 12-story frame-wall models were created. The seismic behavior of frame-wall models were calculated using nonlinear time-history analysis and design spectrum matched ground motion set. Analyses results revealed that the increased wall index led to significant reduction in the top and inter-story displacement demands especially for 4-story models. The calculated average inter-story drift decreased from 1.5% to 0.5% for 4-story models. The average drift ratio in 8- and 12-story models has changed from approximately 1.5% to 0.75%. As the wall index increases, the dispersion in the calculated drifts due to ground motion variability decreased considerably. This is mainly due to increase in the lateral stiffness of models that leads their fundamental period of vibration to fall into zone of the response spectra that has smaller dispersion for scaled ground motion data set. When walls were assessed according to plastic rotation limits defined in ASCE/SEI 41, it was seen that the walls in frame-wall systems with low wall index in the range of 0.2-0.6% could seldom survive the design earthquake without major damage. Concrete compressive strains calculated in all frame-wall structures were much higher than the limit allowed for design, ${\varepsilon}_c$=0.0035, so confinement is required at the boundaries. For rectangular walls above the wall index value of 1.0% nearly all walls assure at least life safety (LS) performance criteria. It is proposed that in the design of dual systems where frames and walls are connected by link and transverse beams, the minimum value of wall index should be greater than 0.6%, in order to prevent excessive damage to wall members.
Kim, Kyung-Min;Oh, Sang-Hoon;Choi, Kwang-Yong;Lee, Jung-Han;Park, Byung-Cheol
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.6
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pp.11-20
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2013
In this paper, the quantitative damage index for reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details were presented. They are necessary to carry out the postearthquake safety evaluation of RC buildings under 5 stories without seismic details. The static cyclic test of the RC frame sub-assemblage that was an one span and actual-sized was first conducted. The specimen collapsed by the shear failure after flexural yielding of a column, lots of cracks on the surfaces of columns and beam-column joints and the cover concrete splitting at the bottom of columns occurred. The damage levels of these kinds of columns with non-seismic details were classified to five based on the load-displacement relationship by the test result. The residual story drift ratios and crack widths were then adapted as the quantitative index to evaluate the damage limit states because those values were comparatively easy to measure right after earthquakes. The highest one among the residual story drift ratios under the similar maximum story drift ratio decided on the residual story drift ratio of each damage limit state. On the other hand, the lowest and average ones among the respective residual shear and flexural widths under the similar maximum story drift ratio decided on the residual shear and flexural widths of each damage limit state, respectively. These values for each damage limit state resulted in being smaller than those by the international damage evaluation guidelines that are for seismically designed members under the same deformations.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.1
s.19
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pp.45-54
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2006
A steel frame is one of the most commonly used structural systems due to its resistance to various types of applied loads. Many studies have been conducted to investigate the effects of connection flexibility, support conditions, and beam-to-column stiffness ratio on the story drift of a frame. Based on the results of these studies, several design guides have been proposed. This research has been conducted to predict the actual behavior of a double angle connection, and to establish its effect on the story drift and the maximum allowable load of a steel frame. For these purposes, several experimental tests were conducted and a simplified analytical model was proposed. This simplified analytical model consists of four spring elements as well as a column member. In addition, a point bracing system was proposed to control the excessive story drift of an unbraced steel frame.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2002.05a
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pp.437-442
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2002
The purpose of this study is to investigate nonlinear behavior and estimate ultimate resistance of the wall structure against seismic loading. Experimental data for RC coupling elements are used for specifying the strength deterioration and stiffness degradation factor of hysteretic model. Modified coupling element models are used in the push over analysis and time history analysis. In the time history analysis, three earthquake waves are used in the analysis and their peak ground accelerations are changed to be 0.2g. The conclusions of this study are as follows : (1) In the push over analysis, yielding of coupling elements occurred at lower story with small story drift ratio as 0.3%. (2) In the time history analysis, the story drift ratio is sufficient for the requirement of Korean Code, But coupling elements at most stories of the buildings occurred yielding. i. e. the earthquake resistant capacity of shear wall structures is not sufficient at 0.2g.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.4_2
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pp.611-619
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2022
In this study, the seismic performance of low - rise piloti buildings with concentric core (shear wall) position is analysed and reviewed based on KDS 41. The prototype is selected among the constructed low - rise piloti buildings with concentric core designed based on KBC 2005 which was used for many low - rise piloti buildings construction. The seismic performance of the building shows plastic behavior in X-direction and elastic behavior in Y-direction. The inter-story drift is lager than that of concentric core case and is under the maximum allowed drift ratio. The displacement ratio of first story is much lager the that of upper stories, and the frame structure in the first story is evaluated as vulnerable to lateral force. Therefore, low - rise piloti buildings with concentric core need the diminishment of lateral displacement and reinforcement of lateral resistance capacity in seismic design and seismic retrofit.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.2
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pp.109-116
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2019
In this study, the seismic response is investigated by using a relatively low-rise building under torsion-prone conditions and three seismic loads with change of the location of the seismic isolation system. LRB (Lead Rubber Bearing) was used for the seismic isolator applied to the analytical model. Fixed model without seismic isolation system was set as a basic model and LB models using seismic isolation system were compared. The maximum story drift ratio and the maximum torsional angle were evaluated by using the position of the seismic layer as a variable. It was confirmed that the isolation device is effective for torsional control of planar irregular structures. Also, it was shown that the applicability of the mid-story seismic isolation system. Numerical analyses results presented that an isolator installed in the lower layer provided good control performance for the maximum story drift ratio and the maximum torsional angle simultaneously.
Ruige Li;Yu Gao;Hongjian Lin;Mingfeng Huang;Chenghui Wang;Zhongzhi Hu;Lingyi Jin
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.5
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pp.479-489
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2024
The cracking mechanism in ceramsite aerated concrete block (CACB) infill walls were studied in low seismic fortification intensity coastal areas with frequent occurrence of typhoons. The inter-story drifts of an eight-story residential building under wind loads and a seismic fortification intensity of six degrees were analyzed by using the PKPM software. The maximum inter-story drift ratio of the structure in wind load was found to be comparable to that under the seismic fortification intensity of six degrees. However, when accounting for the large gust wind speed of typhoon, the maximum inter-story drift ratio was much larger than that obtained under reference wind load. In addition, the finite element models of RC frames were employed by displacement loading to simulate two scenarios with and without window hole in the CACB infill walls, respectively. The simulation results show no signs of cracking in both the infill walls with window hole and those without window for the inter-story drift caused by seismic loads and the reference wind load. However, both types of infill walls experienced structural creaking when assessing the gust wind pressure recorded from previous typhoon monitoring. It is concluded that an underestimate of wind loads may contribute substantially to the cracking of frame CACB infill walls in low seismic fortification intensity coastal areas. Consequently, it is imperative to adopt wind pressure values derived from gust wind speeds in the design of CACB infill walls within frame structures. Finally, the future research directions of avoiding cracks in CACB filled walls were proposed. They were the material performance improving and building structure optimizing.
Memari, A.M.;Motlagh, A.R. Yazdani;Akhtari, M.;Scanlon, A.;Ashtiany, M. Ghafory
Structural Engineering and Mechanics
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v.7
no.1
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pp.1-18
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1999
Seismic evaluation of a 32-story reinforced concrete framed tube building is performed by checking damageability, safety, and toughness limit states. The evaluation is based on Standard 2800 (Iranian seismic code) which recommends equivalent lateral static force, modal superposition, or time history dynamic analysis methods to be applied. A three dimensional linearly elastic model checked by ambient vibration test results is used for the evaluation. Accelerograms of three earthquakes as well as linearly elastic design response spectra are used for dynamic analysis. Damageability is checked by considering story drift ratios. Safety is evaluated by comparing demands and capacities at the story and element force levels. Finally, toughness is studied in terms of curvature ductility of members. The paper explains the methodology selected and various aspects in detail.
Several two-dimensional analytical beam column joint models with varying complexities have been proposed in quantifying joint flexibility during seismic vulnerability assessment of non-ductile reinforced concrete (RC) frames. Notable models are the single component rotational spring element and the super element joint model that can effectively capture the governing inelastic mechanisms under severe ground motions. Even though both models have been extensively calibrated and verified using quasi-static test of joint sub-assemblages, a comparative study of the inelastic seismic responses under nonlinear time history analysis (NTHA) of RC frames has not been thoroughly evaluated. This study employs three hypothetical case study RC frames subjected to increasing ground motion intensities to study their inherent variations. Results indicate that the super element joint model overestimates the transient drift ratio at the first story and becomes highly un-conservative by under-predicting the drift ratios at the roof level when compared to the single-component model and the conventional rigid joint assumption. In addition, between these story levels, a decline in the drift ratios is observed as the story level increased. However, from this limited study, there is no consistent evidence to suggest that care should be taken in selecting either a single or multi component joint model for seismic risk assessment of buildings when a global demand measure such as maximum inter-storey drift is employed in the seismic assessment framework.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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