A shaking table test was conducted at the E-Defense shaking table facility to investigate the damage and collapse behavior of a steel high-rise building under exceedingly large ground motions. The specimen is a one-third scale 18-story steel moment frame designed and constructed according to design specifications and practices used in the 1980s and 1990s. The shaking table tests used a long-duration, long-period ground motion simulated for a sequential Tokai, Nankai, and Nankai earthquake scenario. The building specimen was subjected to a series of progressively increasing scaled motions until it completely collapsed. The damage to the steel frame began through the yielding of beams along lower stories and column bases of the first story. After several excitations by increasing scaled motions, cracks initiated at the welded moment connections and fractures in the beam flanges spread to the lower stories. As the shear strength of each story decreased, the drifts of lower stories increased and the frame finally collapsed and settled on the supporting frame. From the test, a typical progression of collapse for a tall steel moment frame was obtained, and the hysteretic behavior of steel structural members including deterioration due to local buckling and fracture were observed. The results provide important information for further understanding and an accurate numerical simulation of collapse behavior.
Applying nonlinear statistical analysis methods in estimating the performance of structures in earthquakes is strongly considered these days. This is due to the methods' simplicity, timely lower cost and reliable estimation in seismic responses in comparison with time-history nonlinear dynamic analysis. Among nonlinear methods, simplified to be incorporated in the future guidelines, Modal Pushover Analysis, known by the abbreviated name of MPA, simply models nonlinear behavior of structures; and presents a very proper estimation of nonlinear dynamic analysis using lateral load pattern appropriate to the mass. Mostly, two kinds of connecting joints, 'hinge' and 'rigid', are carried out in different type of steel structures. However, it should be highly considered that nominal hinge joints usually experience some percentages of fixity and nominal rigid connections do not employ totally rigid. Therefore, concerning the importance of these structures and the significant flexibility effect of connections on force distribution and elements deformation, these connections can be considered as semi-rigid with various percentages of fixity. Since it seems, the application and implementation of MPA method has not been studied on moment-resistant steel frames with semi rigid connections, this research focuses on this topic and issue. In this regard several rigid and semi-rigid steel bending frames with different percentages of fixity are selected. The structural design is performed based on weak beam and strong column. Followed by that, the MPA method is used as an approximated method and Nonlinear Response History Analysis (NL-RHA) as the exact one. Studying the performance of semi-rigid frames in height shows that MPA technique offers reasonably reliable results in these frames. The methods accuracy seems to decrease, when the number of stories increases and does decrease in correlation with the semi-rigidity percentages. This generally implies that the method can be used as a proper device in seismic estimation of different types of low and mid-rise buildings with semi-rigid connections.
Kim, Moonjeong;Cho, Sukhee;Ha, Tae-Uk;Kang, Chang-Hoon;Choi, Woo-Hyuk;Kim, Jung-Hak
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.3
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pp.22-29
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2013
In recent years, the construction of high-rise buildings are promoted. According to these, there are many needs about new technologies to strengthen the building performance and high-strength steel is regarded as one of these for promoting building performance. In Korea, high-strength steels which stress are over 600MPa are on market and in aborad, super high-strength steels over 1000MPa are developing and they expected to promote the building performance. But there are still doubts about applying high-strength steel members because of size effect and worry of brittle fracture. In this reports, we propose results of performance and analysis tests for use with general steel. We propose the characteristic of high-strength steels first and next the results of performance test to show they satisfy the performance that designers expect. And last, we compare the results of test and analysis for acquire the alanysis reliability in non-linear analysis with high-strength steels.
This study presents a fatigue line with a plastic rotational angle to a great extent of plastic strain of Low-Cycle-Fatigue period, such as earthquake, etc. This fatigue line with a plastic rotational angle is measured and analysed more simply in practice rather than Woehler's fatigue line which is developed in stress variation of the structure. It shows that the slope of fatigue line with a plastic rotational angle is equal to that with plastic strain through the experiments by proving the correlation that the plastic strain ratio is directly proportional to the plastic rotational angle in plastic hinge. The theory is induced by Manson and Coffin strain fatigue line, and the experiments are tested by ECCS. The location of the plastic hinge is achieved and accurate plastic strain ratio is calculated through FEM.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.2
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pp.69-78
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1997
Recent test results of steel moment connections repaired with a haunch on the bottom side of the beam have been shown to be a very promising solution to enhancing the seismic performance of steel moment-resisting frames. Yet, litle is known about the effects of using such a repair scheme on the system seismic performance of structures. To investigate the effects of haunch repair on the system seismic performance, a case study was conducted for a 13-story steel frame building damaged during the 1994 Northridge earthquake. When haunches are incorporated in a steel moment frame, the response prediction is complicated by the presence of "dual" panel zones in the column. A new analytical modeling technique for the dual panel zone recently developed by the author was incorporated in the analysis. Incorporating the behavior of dual panel zone was among the most significant consideration in the analyses. Both the inelastic static and dynamic analyses did not indicate detrimental side effects resulting from the repair.he repair.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.6
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pp.162-171
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2023
In this study, The details for a seismic adapter designed to easily connect concrete structures and reinforcement materials for the in-plane reinforcement of aged structures were proposed. Proposed seismic adapter was tested for performance using a dynamic simulation on a 2-story column-beam structure, scaled to half of the real size. The experimental results showed that the reinforced test specimens using the seismic adapter improved their energy dissipation capacity by 3.5 times compared to the non-reinforced specimens. It was confirmed that the seismic adapter experienced no damage within its general usage range, thus proving its effectiveness. Subsequently, upon loading until the limit of deformation (a deformation angle of 3.3%), it was observed that one of the M10 bolts connecting the adapter and the reinforcement at the lower part of the first floor broke. Considering this finding, when applying seismic retrofitting in real situations, emphasis should be placed on the design of the bolts and anchors connecting the seismic adapter. This aspect warrants further research for validation.
Min, Byoung Cheol;Min, Dong Ju;Jung, Myung Rag;Kim, Moon Young
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1A
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pp.9-18
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2011
Generally the connection of structural members is assumed as hinge, rigid and semi-rigid connections. The exact tangent stiffness matrix of a semi-rigid frame element is newly derived using the stability functions considering shear deformations. Also, linearized elastic- and geometric-stiffness matrices of shear deformable semi-rigid frame are newly proposed. For the exact stiffness matrix, an accurate displacement field is introduced by equilibrium equation for beam-column under the bending and the axial forces. Also, stability functions considering sway deformation and force-displacement relations with elastic rotational spring on ends are defined. In order to illustrate the accuracy of this study, various numerical examples are presented and compared with other researcher's results. Lastly, shear deformation and semi-rigid effects on buckling behaviors of structure are parametrically investigated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.2
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pp.123-133
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2006
The main objective of this study is to develop an optimization algorithm of framed structures with rigid and various semi-rigid connections using the multilevel dynamic programming and the sequential unconstrained minimization techniques (SUMT). The second-order elastic analysis is performed for steel framed structures. The second order elastic analysis is developed based on nonlinear beam-column theory considering the bowing effect. The following semi-rigid connections are considered; double web angle, top-seat angle and top-seat angle with web angle. We considered the three connection models, such as modified exponential, polynomial and three parameter model. The total weight of the structural steel is used as the objective function in the optimization process. The dimensions of steel cross section are selected as the design variables. The design constraints consist of strength requirements for axial, shear and flexural resistance and serviceability requirements.
The effect of the steel pipe member joint on the design performance of a plastic multi-span greenhouse was analysed through the comparing full-scale experiment and numerical analysis. The design performance of the greenhouse is generally evaluated through numerical analysis, but it is rare to consider the characteristics of the connections or joints of the members. In this study, the effect of the column-gutter beam-rafter-wind break wall joint on the design performance of the whole structure of a plastic multi-span greenhouse was analysed. The numerical results with assuming that the member joint are rigid condition were compared with the full-scale load test results using member joints used in the field. The stiffness of the entire structure was compared using the load-displacement relationship and the change of the load sharing ratio that the main members such as column, rafters, and wind break wall was analysed. The results of the load test were about 40% larger than the numerical result and the member stress was more than twice as large as those of the loaded columns. In order to increase the reliability of the design performance of the greenhouse, it is necessary to develop a numerical analysis model which can consider the characteristics of various joints.
The number of cases of collapsed plastic greenhouses in farmlands has increased due to the heavy local snowfall caused by extraordinary atmospheric phenomena. Consequently, the economic losses of farmers have also increased. However the government policy in relation to damage pretension is insufficient and collapse case is repeated every year. The main reason for frame collapse is that the moment capacity of a steel pipe is not sufficient to resist a heavy snowload. In this study, experiments were conducted on the current frame system of a greenhouse with a tension tie. The frame consisted of two sections(${\phi}25.4{\times}1.5$, ${\phi}31.8{\times}1.5$), and its span length was 6.5 m. A temporary tension tie using a steel wire and a fabric rope was connected to the two joints, to which a curved beam and a straight column were connected. The pretension force was applied at the tension tie, and a vertical force simulating snowfall was applied until failure. The fabric rope frame increased the load-carrying capacity by 10-45% compared to the normal frame without a tension tie, and the steel wire frame increased the load-carrying capacity by 58-73% compared to the normal frame without a tension tie. Steel wire was found to be more effective as far as strength is concerned, but its connection details and pretension application are more difficult and complicated than those of the fabric rope. The test results thus show that the fabric rope is more preferable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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