The objective of this paper is to present an energy-based method for calculating target displacement of RC structures. The method, which uses the Newmark-Hall pseudo-velocity spectrum, is called the "Pseudo-velocity Spectrum (PSVS) Method". The method is based on the energy balance concept that uses the equality of energy demand and energy capacity of the structure. First, nonlinear static analyses are performed for five, eight and ten-story RC frame structures and pushover curves are obtained. Then the pushover curves are converted to energy capacity diagrams. Seven strong ground motions that were recorded at different soil sites in Turkey are used to obtain the pseudo-acceleration and the pseudo-velocity response spectra. Later, the response spectra are idealised with the Newmark-Hall approximation. Afterwards, energy demands for the RC structures are calculated using the idealised pseudo-velocity spectrum. The displacements, obtained from the energy capacity diagrams that fit to the energy demand values of the RC structures, are accepted as the energy-based performance point of the structures. Consequently, the target displacement values determined from the PSVS Method are checked using the displacement-based successive approach in the Turkish Seismic Design Code. The results show that the target displacements of RC frame structures obtained from the PSVS Method are very close to the values calculated by the approach given in the Turkish Seismic Design Code.
Manoukas, Grigorios E.;Athanatopoulou, Asimina M.;Avramidis, Ioannis E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.51
no.4
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pp.531-546
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2014
In this paper the extension of a recently established energy-based pushover procedure in order to include the higher mode contributions to the seismic response of structures is presented and preliminary evaluated. The steps of the proposed methodology in its new formulation are quite similar to those of the well-known Modal Pushover Analysis. However, the determination of the properties of the 'modal' equivalent single-degree-of-freedom systems is achieved by a rationally founded energy-based concept. Firstly, the theoretical background and the assumptions of the proposed methodology are presented and briefly discussed. Secondly, the sequence of steps to be followed for its implementation along with the necessary equations is systematically presented. The accuracy of the methodology is evaluated by an extensive parametric study which shows that, in general, it provides better results compared to those produced by other similar procedures. In addition, the main shortcoming of the initial version of the methodology now seems to be mitigated to a large extent.
Papadopoulos, Panikos K.;Salonikios, Thomas N.;Dimitrakis, Stergios A.;Papadopoulos, Alkis P.
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.4
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pp.487-504
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2013
In the present work a new friction device, with a set of single or double rotational friction flanges and a link element, is described and tested. The mechanism may be applied for the strengthening of existing r/c or steel buildings as well as in new constructed buildings. The device has selectable variable behavior in different levels of displacement and an interlock mechanism that is provided by the link element. The link element may be designed to lock at preselected level of displacement, offering in this way an extra safety reserve against strong earthquakes. A summary of the existing literature about other similar mechanisms is initially presented in this paper. The proposed mechanism is presented and described in details. Laboratory experiments are presented in detail and the resulted response that proves the efficiency of the mechanism at selectable levels of strength capacity is discussed. Drawings of the mechanism attached to a r/c frame with connection details are also included. Finally a dynamic analysis of two r/c frames, with and without the proposed mechanism attached, is performed and the resulted response is given. The main conclusion is that the proposed mechanism is a cheap and efficient devise for the improvement of the performance of new or existing framed buildings to seismic loads.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.4
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pp.169-178
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1998
In general, the response spectrum analysis method is widely used for seismic analysis of building structures, and the time history analysis is applied for computation of structural vibration caused by equipments, machines and moving loads, etc. However, compared with the response spectrum analysis method, the time history method is very complex, difficult and time consuming. In this study, the maximum responses for the vertical vibration are calculated conveniently by the response spectrum method. At first, Response spectrum and time history analysis for some earthquake excitations are carried out, and the accuracy of maximum displacements obtained from response spectrum analysis is investigated. Secondly, the process for the response spectrum analysis in excitation is calculated, and the maximum modal responses are combined by CQC method. Finally, results of the proposed method are compared with those of the time history analysis.
The concept of meta-material-based isolation systems (MMIS) for structural columns has been revisited in the present study in order to enhance the stability of rubber pads by using steel shim reinforced rubber (SSRR) layers. Analytical calculations have shown a significant improvement in the stability of MMIS with SSRR pads. Finite element analysis has also been conducted to further show the reduced response of a bridge with the modified MMIS under excitations having frequencies within the corresponding attenuation zone (AZ) as compared to the response of a conventional bridge without MMIS. FE analysis further shows the stress generated on the bridge with MMIS systems are within safe limits. Finally, a generalized procedure has been developed to design bridge columns with the proposed modified MMIS.
A nonlinear model for time-step analysis of bridges subjected to two orthogonal horizontal components of earthquake motions was developed. The focus of the study was on elastomeric isolators with or without lead cores. The hysteretic behavior of the isolators, the columns, abutments, and shear keys was taken into account. The nonlinear analysis showed that, contrary to linear theory prediction, the use of isolators does not necessarily increase the displacement of the superstructure. Furthermore, it was shown that properly designed isolators can reduce the ductility demand in RC bridge columns substantially.
Structures subjected to strong seismic excitation may undergo inelastic deformation cycles. The resulting cumulative fatigue damage process reduces the ability of structures and components to withstand seismic loads. Yet, the present earthquake resistance design methods focus mainly on the maximum displacement ductility, ignoring the effect of the cyclic responses. The damage parameters closely related to the cumulative damage need to be properly reflected on the aseismic design methods. In this study, two cumulative damage assessment methods derived from the plastic fatigue theory are investigated. The one is based on the hysteretic ductility amplitude, and the other is based on the dissipated hysteretic energy. Both methods can consider the maximum ductility and the cyclic behavior of structural response. The validity of two damage methods has been examined for single degree of freedom structures with various natural frequencies against two different earthquake excitations.
A general approach to the dynamic time-history analysis of the reactor core is presented in this paper as a part of the fuel assembly qualification program. Several detailed core models are set up to reflect the placement of the fuel assemblies within the core shroud. Peak horizontal responses are obtained for each model for the motions induced form earthquake. The dynamic responses such as fuel assembly deflected shapes and spacer grid impact loads are carefully investigated. Also, the sensitivity responses are obtained for the earthquake motions and the fuel assembly non-linear response characteristics are discussed.
Chalioris, Constantin E.;Panagiotopoulos, Thomas A.
Computers and Concrete
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v.22
no.1
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pp.11-25
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2018
A numerical approach for the evaluation of the flexural response of Steel Fibrous Concrete (SFC) cross-sections with arbitrary geometry, with or without conventional steel longitudinal reinforcing bars is proposed. Resisting bending moment versus curvature curves are calculated using verified non-linear constitutive stress-strain relationships for the SFC under compression and tension which include post-peak and post-cracking softening parts. A new compressive stress-strain model for SFC is employed that has been derived from test data of 125 stress-strain curves and 257 strength values providing the overall compressive behaviour of various SFC mixtures. The proposed sectional analysis is verified using existing experimental data of 42 SFC beams, and it predicts the flexural capacity and the curvature ductility of SFC members reasonably well. The developed approach also provides rational and more accurate compressive and tensile stress-strain curves along with bending moment versus curvature curves with regards to the predictions of relevant existing models.
Long-term properties of concrete affect structures in many respects, not excepting dynamic behaviors. This paper investigates the influence of concrete creep on the dynamic behaviors of concrete filled steel tube (CFT) arch bridges, by means of combining the analytical method for the creep of axially compressed CFT members, which is based on Model B3 for concrete creep, with the finite element model of CFT arch bridges. By this approach, the changes of the stress and strain of each element in the bridge with time can be obtained and then transformed into damping and stiffness matrices in the dynamic equation involved in the finite element model at different times. A numerical example of a long-span half-through CFT arch bridge shows that creep influences the natural vibration characteristics and seismic responses of the bridge considerably, especially in the early age. In addition, parameter analysis demonstrates that concrete composition, compressive strength and steel ratio have an obvious effect on the seismic response of the CFT arch bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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