The effectiveness of tuned mass dampers (TMDs) in reducing the seismic response of civil structures is still a debated issue. The few studies regarding TMDs on inelastic structures indicate that they would perform well under moderate earthquake loading, when the structure remains linear or weakly nonlinear, while tending to fail under severe ground shaking, when the structure experiences strong nonlinearities. TMD seismic efficiency should be therefore rationally assessed by considering to which extent moderate and severe earthquakes respectively contribute to the expected cost of damages and losses over the lifespan of the structure. In this paper, a method for evaluating, in a life-cycle cost (LCC) perspective, the seismic effectiveness of TMDs on inelastic building structures is presented and exemplified on the SAC LA 9-storey steel moment-resisting frame benchmark building. Results show that the LCC concept may provide an appropriate alternative to traditional performance criteria for the evaluation of the effectiveness of TMDs and that TMD installation on typical existing middle-rise buildings in high seismic hazard regions may significantly reduce building lifetime cost despite the poor control performance observed under the most severe seismic events.
Serror, Mohammed H.;El-Gazzar, Sherif O.;Mourad, Sherif A.
Earthquakes and Structures
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v.8
no.5
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pp.1091-1111
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2015
Base isolation is an effective method for protecting structures against earthquake hazard. It elongates the period of vibration and introduces supplemental damping to the structural system. The stiffness, damping and displacement are coupled forcing the code seismic design procedure to be unnecessarily complicated. In addition, the force reduction factor -a key parameter in the design procedurehas not been well addressed by seismic design codes at the high levels of damping due to the pronounced difference between pseudo and actual accelerations. In this study, a comparison has been conducted to evaluate eight different methods, in the literature, for calculating the force reduction factor due to damping. Accordingly, a simplified seismic analysis procedure has been proposed based on the well documented N2 method. Comprehensive analysis has been performed for base-isolated structure models for direct application and verification of the proposed procedure. The results have been compared with those of the European code EC8, the nonlinear time history analysis and investigations in the literature, where good agreement has been reported. In addition, a discussion has been elaborated for the resulted response of the base-isolated structure models with respect to the dynamic characteristics of the base isolation system.
Klemencic, Ron;Fry, J. Andrew;Hooper, John;Baxter, Robert;Morgen, Brian;Solberg, Kevin;Zaleski, Krzysztof
International Journal of High-Rise Buildings
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v.1
no.3
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pp.149-154
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2012
This paper presents a summary of the state of the practice for Performance Based Seismic Design (PBSD) in the United States. While it is not included in the prescriptive provisions of the United States' building codes, the PBSD procedure has been successfully implemented for two decades. The recent publication of the Guidelines for Performance-Based Seismic Design of Tall Buildings by the Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER) illustrates the fact that the engineering community has embraced this procedure and provides a thoughtful set of recommendations to building designers who intend to implement PBSD. The key parameters currently required for a PBSD also are outlined, such as seismic hazard definition, modeling procedures, and acceptance criteria. These Guidelines will serve as the basis for many PBSD projects in the coming years and as such are a common reference used throughout this paper. Finally, a brief summation of recent PBSD projects in the United States is presented.
A simplified framework for the probabilistic estimation of economic losses induced by the structural vulnerability in single-story and single-bay precast industrial buildings is presented. The simplifications introduced in the framework are oriented to the definition of an expeditious procedure adoptable by government agencies and insurance companies for preliminary risk assessment. The economic losses are evaluated considering seismic hazard, structural response, damage resulting from the structural vulnerability and only structural-vulnerability-induced e]conomic losses, i.e., structural repair or reconstruction costs (stock and flow costs) and content losses induced by structural collapse. The uncertainties associated with each step are accounted for via Monte Carlo simulations. The estimation results in a probabilistic description of the seismic risk of portal-like industrial buildings, expressed in terms of economic losses for each occurrence (i.e., seismic event) that owners (i.e., insured) and stakeholders can use to make risk management decisions. The outcome may also be useful for the definition of the insurance premiums and the evaluation of the risks and costs for the owner corresponding to the insurance industrial costs. A prototype of a precast concrete industrial building located in Mirandola, Italy, hit by the 2012 Emilia earthquake, is used as an example of the application of the procedure.
One of the important factors is the infill walls in the change of the structural rigidity, ductility, dynamic and static characteristics of the structures. The infill walls are not generally included in numerical analysis of reinforced concrete (RC) structural system due to lack of suitable theory and the difficulty of calculating the recommended models. In seismic regions worldwide, the residential structures are generally RC buildings with infill wall. Therefore, understanding the contribution of the infill walls to seismic performance of buildings may have a vital importance. This paper investigates the effects of infill walls on seismic performance of the existing RC residential buildings by considering requirements of the Turkish Earthquake Code (TEC). Seismic performance levels of residential RC buildings with and without walls in high-hazard zones were determined according to the nonlinear procedure given in the code. Pushover curves were obtained by considering the effect of masonry infill walls on seismic performance of RC buildings. The analysis results showed that the infill walls beneficially effected to the rigidity, roof displacements and seismic performance of the building.
Karimzadeh, Shaghayegh;Kadas, Koray;Askan, Aysegul;Erberik, M. Altug;Yakut, Ahmet
Earthquakes and Structures
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v.18
no.2
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pp.249-261
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2020
Seismic loss estimation studies require fragility curves which are usually derived using ground motion datasets. Ground motion records can be either in the form of recorded or simulated time histories compatible with regional seismicity. The main purpose of this study is to investigate the use of alternative ground motion datasets (simulated and real) on the fragility curves. Simulated dataset is prepared considering regional seismicity parameters corresponding to Erzincan using the stochastic finite-fault technique. In addition, regionally compatible records are chosen from the NGA-West2 ground motion database to form the real dataset. The paper additionally studies the effects of hazard variability and two different fragility curve derivation approaches on the generated fragility curves. As the final step for verification purposes, damage states estimated for the fragility curves derived using alternative approaches are compared with the observed damage levels from the 1992 Erzincan (Turkey) earthquake (Mw=6.6). In order to accomplish all these steps, a set of representative masonry buildings from Erzincan region are analyzed using simplified structural models. The results reveal that regionally simulated ground motions can be used alternatively in fragility analyses and damage estimation studies.
The residual capacity against collapse of a main shock-damaged bridge can be coupled with the aftershock ground motion hazard to make an objective decision on its probability of collapse in aftershocks. In this paper, a steel tower suspension bridge with a main span of 2000 m is adopted for a case-study. Seismic responses of the bridge in longitudinal and transversal directions are analyzed using dynamic elasto-plastic finite displacement theory. The analysis is conducted in two stages: main shock and aftershocks. The ability of the main shock-damaged bridge to resist aftershocks is discussed. Results show that the damage caused by accumulated plastic strain can be ignored in the long-span suspension bridge. And under longitudinal and transversal seismic excitations, the damage is prone to occur at higher positions of the tower and the shaft-beam junctions. When aftershocks are not large enough to cause plastic strain in the structure, the aftershock excitation can be ignored in the seismic damage analysis of the bridge. It is also found that the assessment of seismic damage can be determined by superposition of damage under independent action of seismic excitations.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.1
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pp.179-191
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2002
This paper presents a systematic approach to the seismic nonlinear analysis and retrofit strategies for existing bridges with isolation system using retrofit slate function newly proposed in this study. A seismic retrofit scheme using sliding base isolation system was presented to reduce the seismic hazard for bridge structures. In this study, two types of isolation systems such as lead bearings and sliding isolators were used. The behavior of sliding isolators was modeled by a triaxial interaction model. And three types of earthquakes such as El Centro, San Fernando, and the artificial were used as earthquake ground excitations. Seismic response analyses of the bridge before and after retrofit were effectively carried out by using a three-dimensional nonlinear seismic analysis program, IDARC-Bridge. Also, this paper proposes a retrofit state function for easily representing the efficiency of a retrofit scheme.
The present study numerically investigated the influence of the waveform distribution on the tsunami-vegetation interaction using a non-reflected wave generation system for various tsunami waveforms in a two-dimensional numerical wave tank. First, it was possible to determine the wave attenuation mechanism due to the tsunami-vegetation interaction from the spatial waveform, flow field, vorticity field, and wave height distribution. The combination of fluid resistance in the vegetation and a large gap and creates a vortex according to the flow velocity difference in and out of the vegetation zone. Thus, the energy of a tsunami was increasingly reduced, resulting in a gradual reduction in wave height. Compared to existing approximation theories, the double volumetric ratio of the waveform increased the reflection coefficient of the tsunami-vegetation interaction by 34%, while decreasing the transfer coefficient and energy attenuation coefficient by 25% and 13%, respectively. Therefore, the hydraulic characteristics of a tsunami is highly likely to be underestimated if the solitary wave of the approximation theory is applied for the tsunami.
This paper presents the experimental investigations on the seismic performance of a peculiar steel-concrete vertical hybrid structural system referred to as steel truss-RC tubular column hybrid structure. It is typically applied as the supporting structural system to house air-cooled condensers in thermal power plants (TPPs). Firstly, pseudo-dynamic tests (PDTs) are performed on a scaled substructure to investigate the seismic performance of this hybrid structure under different hazard levels. The deformation performance, deterioration behavior and energy dissipation characteristics are analyzed. Then, a cyclic loading test is conducted after the final loading case of PDTs to verify the ultimate seismic resistant capacity of this hybrid structure. Finally, the failure mechanism is discussed through mechanical analysis based on the test results. The research results indicate that the steel truss-RC tubular column hybrid structure is an anti-seismic structural system with single-fortification line. RC tubular columns are the main energy dissipated components. The truss-to-column connections are the structural weak parts. In general, it has good ductile performance to satisfy the seismic design requirements in high-intensity earthquake regions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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