This paper presents theoretical investigation on the cross correlation between torsional vibration ($u_{\theta}$) and translation vibration ($u_x$) of asymmetrical structure under white noise excitation. The formula reveals that the cross correlation coefficient (${\rho}$) is a function of uncoupled frequency ratio (${\Omega}={\omega}_{\theta}/{\omega}_x$), eccentricity, and damping ratio (${\xi}$). Simulations involving acceleration records from fifteen different earthquakes show correlation coefficients results similar to the theoretical correlation coefficients. The uncoupled frequency ratio is the dominating parameter to ${\rho}$; generally, ${\rho}$ is positive for ${\omega}_{\theta}/{\omega}_x$ > 1.0, negative for ${\omega}_{\theta}/{\omega}_x$ < 1.0, and close to zero for ${\omega}_{\theta}/{\omega}_x$ = 1.0. When the eccentricity or damping ratio increases, ${\rho}$ increases moderately for small ${\Omega}$ (< 1.0) only. The relation among $u_x$, $u_{\theta}$ and corner displacement are best presented by ${\rho}$; a simple way to hand-calculate the theoretical dynamic corner displacements from $u_x$, $u_{\theta}$ and ${\rho}$ is proposed as an alternative to dynamic analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.6
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pp.1-10
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2001
In this study, the horizontal loading tests of 10ton and 200ton capacity of LRB(lead-rubber bearing) were performed for the evaluation of the dynamic properties of the LRB. It is noted from the test results that dynamic properties of the LRB are dependent on the loading frequency, vertical load and shear strain. A Slender bearing subjected to large deformation will tend to develop plastic hinges in the end regions of the lead plug which will cause the failure of the lead plug. It is recommended that the appropriate mechanical properties of LRB considering the level of structural response and input ground motion should be used in the design of base isolated structures.
Landi, Luca;Pollioa, Bernardino;Diotallevi, Pier Paolo
Structural Engineering and Mechanics
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v.51
no.3
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pp.433-446
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2014
The purpose of the research presented in this paper was to investigate the effectiveness of several conventional, multi-modal and adaptive pushover procedures. In particular, an extensive numerical study was performed considering eight RC frames characterized by a variable number of storeys and different properties in terms of regularity in elevation. The results of pushover analyses were compared with those of nonlinear dynamic analyses, which were carried out considering different earthquake records and increasing values of earthquake intensity. The study was performed with reference to base shear-top displacement curves and to different storey response parameters. The obtained results allowed a direct comparison between the pushover procedures, which in general were able to give a fairly good estimate of seismic demand with a tendency to better results for lower frames. The advanced procedures, in particular the multi-modal pushover, provided an improvement of the results, more evident for the irregular frames.
Concentric braced frames are commonly used in steel structures to withstand lateral forces. One of the drawbacks of these systems is the possibility that the braces are buckled under compressive loads, which leads to sudden reduction of the bearing capacity of the structure. To overcome this deficiency, the idea of the Buckling Restrained Brace (BRB) has been proposed in recent years. The length of a BRB steel core can have a significant effect on its overall behavior, since it directly influences the energy dissipation capability of the member. In this study, numerical methods have been utilized for investigation of the optimum length of BRB steel cores. For this purpose, BRBs with different lengths placed into several two-dimensional framing systems with various heights were considered. Then, the Response History Analysis (RHA) was performed, and finally, the optimum steel core length of BRBs and its effect on the responses of the overall system were investigated. The results show that the shortest length where failure does not occur is the best length that can be proposed as the optimum steel core length of BRBs. This length can be obtained through a formula which has been derived and verified in this study by both analytical and numerical methods.
Nonlinear dynamic analysis and evaluation of eccentric braced steel frames (EBF) equipped with friction damper (FD) is studied in this research. Previous studies about assessment of seismic performance of steel braced frame with FD have been generally limited to installing this device in confluence of cross in concentrically braced frame such chevron and x-bracing. Investigation is carried out with three types of steel frames namely 5, 10 and 15 storeys, representing the short, medium and high structures respectively in series of nonlinear dynamic analysis and 10 slip force values subjected to three different earthquake records. The proper place of FD, rather than providing them at all level is also studied in 15 storey frame. Four dimensionless indices namely roof displacement, base shear, dissipated energy and relative performance index (RPI) are determined in about 100 nonlinear dynamic analyses. Then average values of maximum roof displacement, base shear, energy dissipated and storey drift under three records for both EBF and EBF equipped with friction damper are obtained. The result indicates that FD reduces the response compared to EBF and is more efficient than EBF for taller storey frames.
Static loading tests were carried out in this study to investigate the effect of bar cutoff on the resistance of RC beam-column sub-assemblages under column loss. Two specimens were designed with continuous main reinforcement. Four others were designed with different types of bar cutoff in the mid-span and/or the beam-end regions. Compressive arch and tensile catenary responses of the specimens under gravitational loading were compared. Test results indicated that those specimens with approximately equal moment strength at the beam ends had similar peak loading resistance in the compressive arch phase but varied resistance degradation in the transition phase because of bar cutoff. The compressive bars terminated at one-third span could help to mitigate the degradation although they had minor contribution to the catenary action. Among those cutoff patterns, the K-type cutoff presented the best strength enhancement. It revealed that it is better to extend the steel bars beyond the mid-span before cutoff for the two-span beams bridging over a column vulnerable to sudden failure. For general cutoff patterns dominated by gravitational and seismic designs, they may be appropriately modified to minimize the influence of bar cutoff on the progressive collapse resistance.
The seismic response analysis of an existing bridge needs a mathematical model that can be calibrated with measured dynamic characteristics. These characteristics are the periods and the associated mode shapes of vibration and the modal damping coefficients. This paper deals with the measurements and the interpretation of the results of ambient vibration tests done on a newly erected cable stayed bridge across the Oued Dib River at Mila city in Algeria. The signal analysis of ambient vibration records will permit to determine the dynamic characteristics of the bridge. On the other hand, a 3-D model of the bridge is developed in order to assess the frequencies and the associated modes of vibration. This information will be necessary in the planning of the test on the site (locations of the sensors, frequencies to be measured and the associated mode shapes of vibration). The frequencies predicted by the finite element model are compared with those measured during full-scale ambient vibration measurements of the bridge. In the same way, the modal damping coefficients obtained by the random decrement method are compared to those of similar bridges.
Many practical engineering problems are associated with nonlinear systems subjected to nonstationary random excitations. Equivalent linearization methods are commonly used to seek for approximate solutions to this kind of problems. Compared to various approaches developed in the frequency and mixed time-frequency domains, though directly solving the system equation of motion in the time domain would improve computation efficiency, only limited studies are available. Considering the fact that the orthogonal functions have been widely used to effectively improve the accuracy of the approximated responses and reduce the computational cost in various engineering applications, an orthogonal-function-based equivalent linearization method in the time domain has been proposed in the current paper for nonlinear systems subjected to nonstationary random excitations. In the numerical examples, the proposed approach is applied to a SDOF system with a set-up spring and a SDOF Duffing oscillator subjected to stationary and nonstationary excitations. In addition, its applicability to nonlinear MDOF systems is examined by a 3DOF Duffing system subjected to nonstationary excitation. Results show that the proposed method can accurately predict the nonlinear system response and the formulation of the proposed approach allows it to be capable of handling any general type of nonstationary random excitations, such as the seismic load.
Presented in this paper is the behaviour of asymmetric building isolated by the double variable frequency pendulum isolator (DVFPI). The DVFPI is an adoption of single variable frequency pendulum isolator (VFPI). The geometry and coefficient of friction of top and bottom sliding surfaces can be unequal. The governing equations of motion of the building-isolation system are derived and solved in incremental form. The analysis duly considers the interaction of frictional forces in the two principal directions developed at each sliding surface of the DVFPI. In order to investigate the behaviour of the base isolation using the DVFPI, the coupled lateral-torsional response is obtained under different parametric variations for a set of six far-fault earthquake ground motions and criterion to optimize its performance is proposed. Further, influences of the initial time period, coefficient of friction and frequency variation factors at the two sliding surfaces are investigated. The numerical results of the extensive parametric study help in understanding the torsional behaviour of the structure isolated with the double sliding surfaces as in the DVFPI. It is found that the performance of the DVFPI can be optimized by designing the top sliding surface initially softer and smoother relative to the bottom one.
Steel jacketing technique is a retrofitting method often employed for static and seismic strengthening of existing reinforced concrete columns. When no continuity is given to angle chords as they cross the floor, the jacket is considered "indirectly loaded", which means that the load acting on the column is transferred partially to the external jacket through interface shear stresses. The evaluation of load transfer mechanism between core and jacket is not straightforward to be modeled, due to the absence of knowledge of a proper constitutive law of the concrete-to-steel interface and to the difficulties in taking into account the mechanical nonlinearities of materials. This paper presents an incremental analytical/numerical approach for evaluating the compressive response of RC columns strengthened with indirectly loaded jackets. The approach allows calculating shear stresses at the interface between core and jacket and predicting the axial capacity of retrofitted columns. A proper constitutive law is proposed for modelling the interaction between the steel and the concrete. Based on plasticity rules and the non-linear behaviour of materials, the column is divided into portions. After a detailed parametric analysis, comparisons are finally made by theoretical predictions and experimental results available in the literature, showing a good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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