The objective of the research stated herein is to observe the elastic and inelastic behaviors and ultimate capacity of 1:5 scale 3-story reinforced concrete frame. Pushover tests were performed to 1:5 scale 3-story reinforced concrete frames with and without infilled masonry. To simulate the earthquake effect, the lateral force distribution was maintained by an inverted triang1e by using the whiffle tree. From the test results, the relation ships between the total lateral load and the roof drift, the distribution of column shears, the relation between story shear and story drift, and the angular rotations at the critical portions of structures were obtained. The effects of infilled masonry were investigated with regards to the stiffness, strength, and ductility of structures. Final collapse modes of structures with and without infilled masonry were compared.
This study examines the seismic vulnerability of vertically irregular reinforced concrete (RC) frame buildings, focusing on the effectiveness of retrofitting techniques such as rocking walls (RWs) in mitigating soft story mechanisms. Utilizing a seven-story residential apartment as a prototype in a high-seismicity urban area, this research performs detailed nonlinear simulations to evaluate both regular and irregular structures, both before and after retrofitting. Pushover and nonlinear time history analyses were conducted using OpenSees software, with a suite of nine ground motion records to capture diverse seismic scenarios. The findings indicate that retrofitting with RWs significantly improves seismic performance: for instance, roof displacements at the Collapse Prevention (CP) level decreased by up to 23% in the irregular structure with retrofitting compared to its non-retrofitted counterpart. Additionally, interstory drift ratios were more uniform post-retrofit, with Drift Concentration Factor (DCF) values approaching 1.0 across all performance levels, reflecting reduced variability in seismic response. The global ductility of the retrofitted buildings improved, with displacement ductility ratios increasing by up to 29%. These results underscore the effectiveness of RWs in enhancing global ductility, mitigating soft story failures, and providing a more predictable deformation pattern during seismic events. The study thus provides valuable insights into the robustness and cost-effectiveness of using rocking walls for retrofitting irregular RC buildings.
In case of strong earthquake, upper-sheat wall lowe-frame structures show the weak-story failure at lower part. Where we should guarantee sufficient strength, energy dissipation capacity and ductility. In this study, a typical structure was selected for a prototype and four 1:2.5 scaled models, representing the subassemblages including the interior column and the deep beam, were constructed. Experimental parameters include transverse reinforcement ratio and axial force. The non- linear behavior of the subassemblages subjected to the cyclic lateral displac-ement were evaluated through investigation of the ultimate strength, ductility, load-deformation characteristics. From the results of the tests on 4 specimens, it is concluded that the strength increased as the axial force increased and the ductility increased as the transverse reinforcement ratio increased.
Memari, A.M.;Motlagh, A.R. Yazdani;Akhtari, M.;Scanlon, A.;Ashtiany, M. Ghafory
Structural Engineering and Mechanics
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제7권1호
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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.
Until now, a comparative study on fully and partially-connected steel shear walls leading to enhancing strength and stiffness reduction of partially-connected steel plate shear wall structures has not been reported. In this paper a number of 4-story and 8-story steel plate shear walls, are considered with three different connection details of infill plate to surrounding frame. The specimens are modeled using nonlinear finite element method verified excellently with the experimental results and analyzed under monotonic loading. A comparison between initial stiffness and shear strength of models as well as percentage of shear force by model boundary frame and infill plate are performed. Moreover, a comparison between energy dissipation, ductility factor and distribution of Von-Mises stresses of models are presented. According to the results, the initial stiffness, shear resistance, energy dissipation and ductility of the models with beam-only connected infill plates (SSW-BO) is found to be about 53%, 12%, 15% and 48% on average smaller than those of models with fully-connected infill plates (SPSW), respectively. However, performance characteristics of semi-supported steel shear walls (SSSW) containing secondary columns by simultaneously decreasing boundary frame strength and increasing thickness of infill plates are comparable to those of SPSWs. Results show that by using secondary columns as well as increasing thickness of infill plates, the stress demands on boundary frame decreases substantially by as much as 35%. A significant increase in infill plate share on shear capacity by as much as 95% and 72% progress for the 4-story SSW-BO and 8-story SSSW8, respectively, as compared with non-strengthened counterparts. A similar trend is achieved by strengthening secondary columns of 4-story SSSW leading to an increase of 50% in shear force contribution of infill plate.
To promote greater acceptance and use of composite RCS systems, a two-bay two-story frame specimen with improved composite RCS joint details was tested in the laboratory under reversed cyclic loading. The test revealed superior seismic performance with stable load versus story drift response and excellent deformation capacity for an inter-story drift ratio up to 1/25. It was found that the failure process of the frame meets the strong-column weak-beam criterion. Furthermore, cracking inter-story drift ratio and ultimate inter-story drift ratio both satisfy the limitation prescribed by the design code. Additionally, inter-story drift ratios at yielding and peak load stage provide reference data for Performance-Based Seismic Design (PBSD) approaches for composite RCS frames. An advantage over conventional reinforced concrete and steel moment frame systems is that the displacement ductility coefficient of the RCS frame system is much larger. To conclude, the test results prove that composite RCS frame systems perform satisfactorily under simulated earthquake action, which further validates the reliability of this innovative system. Based on the test result, some suggestions are presented for the design of composite RCS frame systems.
본 연구에서는 단자유도계 시스템에서 작성한 이력에너지 스펙트럼과 누적된 변위 연성비 스펙트럼을 이용하여 비좌굴 가새골조의 내진설계법을 제안하였다. 먼저 목표 연성비에 해당하는 이력에너지 스펙트럼과 누적된 연성비 스펙트럼을 작성하였다. 주어진 목표 변위를 만족하기 위하여 필요한 가새의 단면적은 이력에너지 요구량과 가새에 의하여 소산된 누적 소성에너지를 같다고 하여 산정하였다. 스펙트럼을 작성하고 설계절차의 유효성을 검증하기 위하여 20개의 지진기록을 이용하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 3층과 8층 비좌굴 가새골조의 해석결과에 따르면 최상층 변위의 평균값이 성능 목표 변위에 잘 부합됨을 알 수 있다. 또한 층간변위는 구조물 높이에 따라 비교적 일정하였는데 이것은 손상 분포가 일정하기 때문에 바람직하다. 그러므로 제안된 에너지 설계법은 기존 강도설계법의 대안으로 비좌굴 가새골조의 신뢰할만한 설계법이라고 할 수 있다.
본 연구에서는 반강접 접합부 배치에 따른 구조물 거동특성을 파악하기 위하여 KBC2005 건축구조설계기준으로 비가새 5층 철골 구조물을 설계하여 모든 접합부를 완전 강접합부와 반강접 접합부로 이상화한 경우 그리고 반강접 접합부를 수직배치 및 수평배치한 경우에 대하여 비탄성 시간이력 구조해석을 실시하였다. 철골 보 및 기둥의 모멘트-곡률 관계는 화이버모델을 이용하여 확인하였으며 반강접 접합부의 모멘트-회전각 관계는 3-매개변수 파워모델 그리고 철골 보, 기둥 및 접합부의 이력거동은 3-매개변수 모델을 이용하여 나타내었다. 4개 지진파에 대한 재현주기 2400년 위험수준에 해당하는 최대지반가속도와 5% 층간변위에 대한 푸쉬오버 구조해석의 최대밑면전단력 발생 최대지반가속도에 대하여 시간이력 구조해석을 실시하여 밑면전단력, 지붕층 변위, 층간변위, 접합부 요구연성도, 기둥, 보 및 접합부의 최대휨모멘트 그리고 소성힌지 분포 등을 확인하였다. 반강접 접합부를 수직적으로 외부에 배치할수록 최대밑면전단력과 층간변위는 감소하며, 수평적으로 상부층에 배치할수록 접합부 요구연성도가 감소하였다. 푸쉬오버 구조해석과 시간이력 구조해석에서 최대층간변위 발생 위치가 다르고 크기는 푸쉬오버 구조해석에서 과대평가되었다. 밑면전단력, 층간변위 및 접합부 요구연성도를 위한 가장 바람직한 반강접 접합부 배치는 수직적으로 외부에 배치하는 것이다.
This study is devoted to estimate higher-mode effects for multi-story structures with considering soil-structure interaction subjected to decomposed parts of near-fault ground motions. The soil beneath the super-structure is simulated based on the Cone model concept. Two-dimensional structural models of 5, 15, and 25-story shear buildings are idealized by using nonlinear stick models. The ratio of base shears for the soil-MDOF structure system to those obtained from the equivalent soil-SDOF structure system is selected as an estimator to quantify the higher-mode effects. The results demonstrate that the trend of higher-mode effects is regular for pulse component and has a descending variation with respect to the pulse period, whereas an erratic pattern is obtained for high-frequency component. Moreover, the effect of pulse component on higher modes is more significant than high-frequency part for very short-period pulses and as the pulse period increases this phenomenon becomes vice-versa. SSI mechanism increases the higher-mode effects for both pulse and high-frequency components and slenderizing the super-structure amplifies such effects. Furthermore, for low story ductility ranges, increasing nonlinearity level leads to intensify the higher-mode effects; however, for high story ductility, such effects mitigates.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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