Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.04a
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pp.72-78
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1991
An improved procedure for earthquake resistant design of multistory building structures is proposed in this study. The effect of gravity load on seismic response of structures is evaluated through nonlinear dynamic analyses of a single story example structure. The presence of gravity load tends to initiate plastic hinge formation in earlier stage of a strong earthquake. However, the effect of gravity load seems to disapper as ground motion is getting stronger. And one of shortcomings in current earthquake resistant codes is overestimation of gravity load effects when earthquake load is applied at the same time so that it may leads to less inelastic deformation or structural damage in upper stories, and inelastic deformation is increased in lower stories. Based on these observation, an improved procedure for earthquake resistant design is derived by reducing the factor for gravity load and inceasing that for seismic load. Structures designed by the proposed design procedure turned out to have increased safety and stability against strong earthquakes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.21-32
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1999
A ground motion resulting from the destructive earthquakes can subject reinforced concrete members to very large forces. The reinforced concrete shear walls are designed as earthquake-resistant members of building structure in order to prevent severe damage due to the ground motions. The current research activities on seismic behavior of reinforced concrete member under ground motions have been limited to the shaking table test or equivalent static cyclic test and the obtained results have been summarized and proposed for the seismic design retrofit of structural columns or shear walls. The present study predicted the seismic response and failure behavior of reinforced concrete shear wall subjected to base acceleration using the finite element method. A decrease in strength and stiffness, yielding of reinforcing bar, and repetition of crack closing and opening due to seismic load with cyclic nature are accompanied by the crack which is necessarily expected to take place in concrete member. In this study the nonlinear material models for concrete and reinforcing bar based on biaxial stress field and algorithm of dynamic analysis were combined to construct the analytical program using the finite element method. The analytical seismic response and failure behaviors of reinforced concrete shear wall subjected to several base accelerations were compared with reliable experimental result.
Kim, Ka-Yeong;Lee, Young-Rak;Kim, Hyun-Su;Kang, Joo-Won
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.17
no.4
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pp.85-92
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2017
Base isolation system is generally used for low-rise buildings. For high-rise buildings subjected to earthquake loads, a mid-story isolation system was proposed and applied to practical engineering. In this study, seismic responses of high-rise buildings considering the installation story of the mid-story isolation system were evaluated. To do this, the 20-story and 30-story building were used as example structures. Historical earthquakes such as Kobe (1995), Northridge (1994) and Loma Prieta (1989) earthquakes were employed applied as earthquake excitations. The installation location of the mid-story isolation system was changed from the bottom of the $1^{st}$ floor to the bottom of the top floor. The seismic responses of the example building were investigated by changing the location of the isolation layer. Based on the analytical results, when the seismic isolation system is applied, story drift ratio and acceleration response are reduced compared to the case without the isolation system. When the isolation layer is located on the lower part of the building, it is most effective. However, in that case, the possibility that the structure is unstable increases. Therefore, an engineer should consider both structural efficiency and safety when a mid-story isolation system for a high-rise building is designed.
Farag, Mousa M.N.;Mehanny, Sameh S.F.;Bakhoum, Mourad M.
Earthquakes and Structures
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v.9
no.1
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pp.195-219
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2015
A partial (hybrid) seismic isolation scheme for precast girder bridges in the form of a "buffer-gap-elastomeric bearings" system has been endorsed in the literature as an efficient seismic design system. However, no guides exist to detail an optimal gap size for different configurations. A numerical study is established herein for different scenarios according to Euro code seismic requirements in order to develop guidelines for the selection of optimal buffer-gap arrangements for various design cases. Various schemes are hence designed for ductile and limited ductility behavior of the bridge piers for different seismic demand levels. Seven real ground records are selected to perform incremental dynamic analysis of the bridges up to failure. Bridges with typical short and high piers are studied; and different values of initial gaps at piers are also investigated varying from a zero gap (i.e., fully locked) condition up to an initial gap at piers that is three quarters the gap left at abutments. Among the main conclusions is that the as-built initial gaps at piers (and especially large gap sizes that are ${\geq}1/2$ as-built gaps at abutments) do not practically reduce the seismic design demand and do not affect the reserve capacity of the bridge against failure for bridges featuring long piers, especially when these bridges are designed a priori for ductile behavior. To the contrary, the "buffer-gap-elastomeric bearings" system is more effective for the bridge schemes with short piers having a large difference between the stiffness of the bearings and that of their supporting (much stiffer) squat piers, particularly for designs with limited ductility. Such effectiveness is even amplified for the case of larger initial as-built gap sizes at piers.
Transmission tower-line systems have come to represent one of the most important infrastructures in today's society. Recent strong earthquakes revealed that transmission tower-line systems are vulnerable to earthquake excitations, and that ground motions may arrive at such structures from any direction during an earthquake event. Considering these premises, this paper presents experimental and numerical studies on the dynamic responses of a 1000 kV ultrahigh-voltage (UHV) transmission tower-line system under different seismic incidence angles. Specifically, a 1:25 reduced-scale experimental prototype model is designed and manufactured, and a series of shaking table tests are carried out. The influence of the seismic incidence angle on the dynamic structural response is discussed based on the experimental data. Additionally, the incidence angles corresponding to the maximum peak displacement of the top of the tower relative to the ground (referred to herein as the critical seismic incidence angles) are summarized. The experimental results demonstrate that seismic incidence angle has a significant influence on the dynamic responses of transmission tower-line systems. Subsequently, an approximation method is employed to orient the critical seismic incidence angle, and a corresponding finite element (FE) analysis is carried out. The angles obtained from the approximation method are compared with those acquired from the numerical simulation and shaking table tests, and good agreement is observed. The results demonstrate that the approximation method can properly predict the critical seismic incidence angles of transmission tower-line systems. This research enriches the available experimental data and provides a simple and convenient method to assess the seismic performance of UHV transmission systems.
D'Aniello, M.;La Manna Ambrosino, G.;Portioli, F.;Landolfo, R.
Steel and Composite Structures
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v.15
no.5
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pp.539-566
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2013
This paper summarises the results of a numerical study on the non linear response of steel concentric braced frames under monotonic and cyclic loads, using force-based finite elements with section fibre discretisation. The first part of the study is addressed to analyse the single brace response. A parametric analysis was carried out and discussed to evaluate the accuracy of the model, examining the influence of the initial camber, the material modelling, the type of force-based element, the number of integration points and the number of fibers. The second part of the paper is concerned with the modelling issues of whole braced structures. The effectiveness of the modelling approach is verified against the nonlinear static and dynamic behaviour of different type of bracing configurations. The model sensitivity to brace-to-brace interaction and the capability of the model to mimic the response of complex bracing systems is analyzed. The influence of different approaches for modelling the inertia, the equivalent viscous damping and the brace hysteretic response on the overall structural response are also investigated. Finally, on the basis of the performed numerical study general modelling recommendations are proposed.
A modified procedure is presented for assessing the seismic response of elastic non-proportionate multistory buildings. This procedure retains the simplicity of the methodology presented by the author in earlier papers, but it presents higher accuracy in buildings composed by very dissimilar types of bents. As a result, not only frequencies and peak values of base resultant forces are determined with higher accuracy, but also the location of the first mode center of rigidity (m1-CR). The closeness of m1-CR with the axis passing through the centers of floor masses (mass axis) implies a reduced rotational response and it is demonstrated that in elastic systemsa practically translational response is obtained when this point lies on the mass axis.Besides, when common types of buildings are detailed as planar structures under a code load, this response is maintained in the inelastic phase of their response as a result of the almost concurrent yielding of all the resisting bents. This property of m1-CR can be used by the practicing engineer as a guideline to form a structural configuration which will sustain minimum rotational response, simply by allocating the resisting elements in such a way that this point lies close to the mass axis. Inelastic multistory building structures, detailed as above, may be regarded as torsionally balanced multistory systems and this is demonstrated in eight story buildings, composed by dissimilar bents, under the ground motions of Kobe 1995 (component KJM000) and Friuli 1976 (component Tolmezzo E-W).
Results from nonlinear time-history analyses of wall-frame structural models indicate that the condition of vulnerable foundations -for which uplifting and reaching the bearing capacity of the supporting soil can occur before yielding at the base of the shear walls- may not be necessarily detrimental to the drift response of buildings under strong ground motions. Analyses also show that a soil-foundation system can inherently have deformation capacity well in excess of the demand and thus act as a source of energy dissipation that protects the structural integrity of the shear walls.
Seismic response of single degree of freedom system supported by shallow foundation was analyzed by using nonlinear explicit finite difference element code. Numerical analysis results were verified with dynamic centrifuge test results of the same soil profile and structural dimensions with the numerical analysis model at a centrifugal acceleration of 20 g. Differences between the analysis and the test results induced by the boundary conditions of control points can be reduced by adding additional local damping to the natural born cyclic hysteretic damping of the soil strata. The analysis results show good agreement with the test results in terms of both time histories and response spectra. Thus, it can be concluded that the nonlinear explicit finite difference element code will be a useful technique for estimating seismic residual displacement, earthpressure etc. which are difficult to measure during laboratory tests and real earthquake.
Kim, Jung Han;Kim, Jae Kwan;Heo, Tae Min;Lee, Jin Ho
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.5
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pp.269-277
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2019
In a seismic design, a structural demand by an earthquake load is determined by design response spectra. The ground motion is a three-dimensional movement; therefore, the design response spectra in each direction need to be assigned. However, in most design codes, an identical design response spectrum is used in two horizontal directions. Unlike these design criteria, a realistic seismic input motion should be applied for a seismic evaluation of structures. In this study, the definition of horizontal spectral acceleration representing the two-horizontal spectral acceleration is reviewed. Based on these methodologies, the horizontal responses of observed ground motions are calculated. The data used in the analysis are recorded accelerograms at the stations near the epicenters of recent earthquakes which are the 2007 Odeasan earthquake, 2016 Gyeongju earthquake, and 2017 Pohang earthquake. Geometric mean-based horizontal response spectra and maximum directional response spectrum are evaluated and their differences are compared over the period range. Statistical representation of the relations between geometric mean and maximum directional spectral acceleration for horizontal direction and spectral acceleration for vertical direction are also evaluated. Finally, discussions and suggestions to consider these different two horizontal directional spectral accelerations in the seismic performance evaluation are presented.
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