Behzadfar, Behnam;Maleki, Ahmad;Yaghin, Mohammad Ali Lotfollahi
Earthquakes and Structures
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v.19
no.4
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pp.303-313
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2020
Spacious experimental and numerical investigation has been conducted by researchers to increase the ductility and energy dissipation of concentrically braced frames. One of the most widely used strategies for increasing ductility and energy dissiption, is the use of energy-absorbing systems. In this regard, the cyclic behavior of a chevron bracing frame system equipped with multi-pipe dampers (CBF-MPD) was investigated through finite element method. The purpose of this study was to evaluate and improve the behavior of the CBF using MPDs. Three-dimensional models of the chevron brace frame were developed via nonlinear finite element method using ABAQUS software. Finite element models included the chevron brace frame and the chevron brace frame equipped with multi-pipe dampers. The chevron brace frame model was selected as the base model for comparing and evaluating the effects of multi-tube dampers. Finite element models were then analyzed under cyclic loading and nonlinear static methods. Validation of the results of the finite element method was performed against the test results. In parametric studies, the influence of the diameter parameter to the thickness (D/t) ratio of the pipe dampers was investigated. The results indicated that the shear capacity of the pipe damper has a significant influence on determining the bracing behavior. Also, the results show that the corresponding displacement with the maximum force in the CBF-MPD compared to the CBF, increased by an average of 2.72 equal. Also, the proper choice for the dimensions of the pipe dampers increased the ductility and energy absorption of the chevron brace frame.
A lot of the energy are consumed on heating and cooling in buildings. The buildings need to minimize the heating and cooling loads for $CO_2$ emissions and energy consumption reduction. In recently, also demand of detached houses were increase while the residential culture was changed. The structure of the domestic detached houses can be divided into masonry, concrete, wood frame houses. Therefore, in this study, the heating and cooling load and energy demand were analyzed on the equal area detached house consisting of three structural methods (Masonry, Concrete, Wood frame). Layer of wall, roof, and floor were composited by structure. Thermal transmittance (U-value) of each layer was using the PHPP calculation for considering stud, such as the wood frame wall. In addition, the case of without considering for studs in wood frame wall (Non-studs) was analyzed in order to compare the difference between studs or not. Analysis was performed using self-developed heating and cooling load calculation program (CHLC) based excel and ECO2. The results of cooling and heating load and energy demand showed the highest values in the wood frame structure, and the concrete structure were confirmed to maintain a high value secondly. Two structure were determined to be disadvantageous on the energy consumption. Consequently, the masonry structure have an advantage over the other structure under the identical conditions. It was determined that if the except for thermal bridges due to the studs in the wood frame structure, it can be reduced the energy consumption.
An energy-based approach for determining earthquake safety of reinforced concrete frame structures is presented. The developed approach is based on comparison of plastic energy capacities of the structures with plastic energy demands obtained for selected earthquake records. Plastic energy capacities of the selected reinforced concrete frames are determined graphically by analyzing plastic hinge regions with the developed equations. Seven earthquake records are chosen to perform the nonlinear time history analyses. Earthquake plastic energy demands are determined from nonlinear time history analyses and hysteretic behavior of earthquakes is converted to monotonic behavior by using nonlinear moment-rotation relations of plastic hinges and plastic axial deformations in columns. Earthquake safety of selected reinforced concrete frames is assessed by using plastic energy capacity graphs and earthquake plastic energy demands. The plastic energy dissipation capacities of the frame structures are examined whether these capacities can withstand the plastic energy demands for selected earthquakes or not. The displacements correspond to the mean plastic energy demands are obtained quite close to the displacements determined by using the procedures given in different seismic design codes.
An experimental study was performed to investigate the seismic performance of solid steel reinforced concrete (SRC) frames with special-shaped columns that are composed of SRC special-shaped columns and reinforced concrete beams. For this purpose, two models of two-bay and three-story frame, including an edge frame and a middle frame, were designed and tested. The failure process and patterns were observed. The mechanical behaviors such as load-displacement hysteretic loops and skeleton curves, load bearing capacity, drift ratio, ductility, energy dissipation and stiffness degradation of test specimens were analyzed. Test results show that the failure mechanism of solid SRC frame with special-shaped columns is the beam-hinged mechanism, satisfying the seismic design principle of "strong column and weak beam". The hysteretic loops are plump, the ductility is good and the capacity of energy dissipation is strong, indicating that the solid SRC frame with special-shaped columns has excellent seismic performance, which is better than that of the lattice SRC frame with special-shaped columns. The ultimate elastic-plastic drift ratio is larger than the limit value specified by seismic code, showing the high capacity of collapse resistance. Compared with the edge frame, the middle frame has higher carrying capacity and stronger energy dissipation, but the ductility and speed of stiffness degradation are similar. All these can be helpful to the designation of solid SRC frame with special-shaped columns.
Purpose: The importance of building airtightness is increased as the demand and expectation of building energy efficiency is growing. Previous research only focused on airtightness of building openings only to improve building airtightness. However, the analysis of difference of airtightness performance according to the characteristic of building structure has not been performed. Therefore, this study analyzed the difference of airtightness performance according to building structural characteristics in a number of ways. Method: Airtightness that are classified as rigid-frame type or wall type are measured and analyzed the difference of airtightness performance between rigid frame type apartments and wall type apartments. This study calculated the heating energy demand and quantitatively analysis using ISO 13790. Futhermore, this study compared research trend of domestic airtightness performance with airtightness standards of the developed countries based on the field measurement. Result: Airtight performance of wall type is better than rigid frame type in terms of energy saving. The difference of heating energy demand between wall type and rigid frame type was $8.14kWh/m^2yr$.
An experimental study has been carried out to investigate the effect of beam to column connection rigidity on the behavior of infilled steel frames. Five half scale, single-story and single-bay specimens, including four infilled frames, as well as, one bare frame, were tested under in-plane lateral cyclic reversal loading. The connections of beam to column for bare frame as well as two infill specimens were rigid, whereas those of others were pinned. For each frame type, two different infill panels were considered: (1) masonry infill, (2) masonry infill strengthened with shotcrete. The experimental results show that the infilled frames with pinned connections have less stiffness, strength and potential of energy dissipation compared to those with rigid connections. Furthermore, the validity of analytical methods proposed in the literature was examined by comparing the experimental data with analytical ones. It is shown that the analytical methods overestimate the stiffness of infilled frame with pinned connections; however, the strength estimation of both infilled frames with rigid and pinned connections is acceptable.
Force based design (FBD) approach is prevalent in most of the national seismic design codes world over. Direct displacement based design (DDBD) and energy based design (EBD) approaches are relatively new methods of seismic design which claims to be more rational and predictive than the FBD. These three design approaches are conceptually distinct and imparts different strength, stiffness and ductility property to structural members for same plan configuration. In present study behavioural assessment of frame of six storey RC building designed using FBD, DDBD and EBD approaches has been performed. Lateral storey forces distribution, reinforcement design and results of nonlinear performance using static and dynamic methods have been compared. For the three approaches, considerable difference in lateral storey forces distribution and reinforcement design has been observed. Nonlinear pushover analysis and time history analysis results show that in FBD frame plastic deformation is concentrated in the lower storey, in EBD frame large plastic deformation is concentrated in the middle storeys though the inelastic hinges are well distributed over the height and, in DDBD frame plastic deformation is approximately uniform over the height. Overall the six storey frame designed using DDBD approach seems to be more rational than the other two methods.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.5
no.3
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pp.131-139
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2001
Experimental programs were accomplished to improve and evaluate the structural performance of RC frame structures with masonry infilled wall, such as the hysteretic behavior, the maximum horizontal strength, crack propagation, and ductility etc. Test variables are restraining factors of frame, with or without masonry infilled wall, and masonry method. Six reinforced concrete rigid frame and masonry infilled wall were tested and constructed in one-third scale size under vertical and cyclic loads simultaneously. Based on the test results, the following conclusions can be made. For masonry infilled wall with restraining factors of frame(IFWB-1~3), cumulated energy dissipation capacities were increased by 1.35~1.60 times in comparision with that of masonry infilled wall(IFB-1) at final stage of testing. For masonry infilled wall with restraining factors of frame, maximum horizontal capacities were increased by 1.91~2.24 times in comparision with that of rigid frame.
Kim, Hyun-Bae;Kim, Se-Jong;Oh, Jung-Kwon;Park, Joo-Saeng;Lee, Jun-Jae
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.40
no.5
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pp.319-326
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2012
Han-green building is one of the modernized Korean traditional buildings developed by Korea Forest Research Institute. This building was developed to increase the competitiveness of Korean traditional building using state-of-art technologies; hence Han-green building has the inherent characteristics of traditional building such as exposed wood frame in wall. Because of discontinuity in wall by the exposed wood frame, there is a concern on heat-air leaking in terms of energy performance. In this study, air-tightness of Han-green building was evaluated to investigate the influence of gaps between frames and in-fill walls. Blower door test was carried out to evaluate the air-tightness, and air-change rate (ACH50) was evaluated by averaging four set of pressurization and depressurization test. The air-change rate of Han-green house was 5.91 $h^{-1}$. To improve energy performance of Han-green house, thermal infrared images of Han-green house were taken in winter with heating to find out where the heat loss occurred. It was found that the building lost more heat through gaps between frames and in-fill walls rather than through other parts of this building. After covering all the gaps by taping, the blower door test was performed again, and the air-change rate was improved to 5.25 $h^{-1}$. From this analysis, it was concluded that the heated air can leak through the gaps between frames and walls. Therefore, when one designs the post and beam building with exposed frame, the detail design between frame and wall needs to be carefully dealt. However, Han-green building showed relatively high air-tightness comparing with other country research results.
The base force element method (BFEM) is a new finite element method. In this paper, a degenerated 4-mid-node plane element from concave polygonal element of BFEM was proposed. The performance of this quadrilateral element with 4 mid-edge nodes in the BFEM on complementary energy principle is studied. Four examples of linear elastic analysis for plane frame structure are presented. The influence of aspect ratio of the element is analyzed. The feasibility of the 4 mid-edge node element model of BFEM on complementary energy principles researched for plane frame problems. The results using the BFEM are compared with corresponding analytical solutions and those obtained from the standard displacement finite element method. It is revealed that the BFEM has better performance compared to the displacement model in the case of large aspect ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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