Karabini, Martha A.;Karabinis, Athanasios J.;Karayannis, Chris G.
Earthquakes and Structures
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v.22
no.4
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pp.345-353
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2022
The configuration of an open ground floor (pilotis) is a common and very critical irregularity observed in multistory reinforced concrete frame structures. The characteristics and the geometrical formation of the beams of the first story proved to be a critical parameter for the overall seismic behavior of this type of Reinforced Concrete (RC) structures. In this work the combination of open ground floor (pilotis) morphology with very strong perimetrical beams at the level of the first story is studied. The observation of the seismic damages and the in situ measurements of the fundamental period of four buildings with this morphology and Π-shaped plan view are presented herein. Further analytical results of a pilotis type Π-shaped RC structure are also included in the study. From the measurements and the analytical results yield that the open ground floor configuration greatly influences the fundamental period whereas this morphology in combination with strong beams can lead to severe local shear damages in the columns of the ground floor. The structural damage was limited in the columns of the ground floor and yet based on the changes of the in situ measured fundamental period the damaged level is assessed as DI=88%. Furthermore, due to the Π-shape of the plan view the tendency of the parts of the building to move independently strongly influences the distribution of the damages over the ground floor vertical elements.
As one of the most important parameters in structural health monitoring, structural frequency has many advantages, such as convenient to be measured, high precision, and insensitive to noise. In addition, frequency-change-ratio based method had been validated to have the ability to identify the damage occurrence and location. However, building a precise enough finite elemental model (FEM) for the test structure is still a huge challenge for this frequency-change-ratio based damage detection technique. In order to overcome this disadvantage and extend the application for frequencies in structural health monitoring area, a novel method was developed in this paper by combining the cross-model cross-mode (CMCM) model updating algorithm with the frequency-change-ratio based method. At first, assuming the physical parameters, including the element mass and stiffness, of the test structure had been known with a certain value, then an initial to-be-updated model with these assumed parameters was constructed according to the typical mass and stiffness distribution characteristic of shear buildings. After that, this to-be-updated model was updated using CMCM algorithm by combining with the measured frequencies of the actual structure when no damage was introduced. Thus, this updated model was regarded as a representation of the FEM model of actual structure, because their modal information were almost the same. Finally, based on this updated model, the frequency-change-ratio based method can be further proceed to realize the damage detection and localization. In order to verify the effectiveness of the developed method, a four-level shear building was numerically simulated and two actual shear structures, including a three-level shear model and an eight-story frame, were experimentally test in laboratory, and all the test results demonstrate that the developed method can identify the structural damage occurrence and location effectively, even only very limited modal frequencies of the test structure were provided.
Herrera, Ricardo A.;Muhummud, Teerawut;Ricles, James M.;Sause, Richard
Steel and Composite Structures
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v.43
no.3
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pp.327-340
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2022
A vast amount of experimental and analytical research has been conducted related to the seismic behavior and performance of concrete filled steel tubular (CFT) columns. This research has resulted in a wealth of information on the component behavior. However, analytical and experimental data for structural systems with CFT columns is limited, and the well-known behavior of steel or concrete structures is assumed valid for designing these systems. This paper presents the development of an analytical model for nonlinear analysis of composite moment resisting frame (CFT-MRF) systems with CFT columns and steel wide-flange (WF) beams under seismic loading. The model integrates component models for steel WF beams, CFT columns, connections between CFT columns and WF beams, and CFT panel zones. These component models account for nonlinear behavior due to steel yielding and local buckling in the beams and columns, concrete cracking and crushing in the columns, and yielding of panel zones and connections. Component tests were used to validate the component models. The model for a CFT-MRF considers second order geometric effects from the gravity load bearing system using a lean-on column. The experimental results from the testing of a four-story CFT-MRF test structure are used as a benchmark to validate the modeling procedure. An analytical model of the test structure was created using the modeling procedure and imposed-displacement analyses were used to reproduce the tests with the analytical model of the test structure. Good agreement was found at the global and local level. The model reproduced reasonably well the story shear-story drift response as well as the column, beam and connection moment-rotation response, but overpredicted the inelastic deformation of the panel zone.
This dissertation aims to investigate the structure of Palsangjeon, a five story wooden pagoda in Pubjoo Temple which is the only wooden pagoda existing in Korea, by a comparative study of the Palsangjeon with Japanese counterparts. By doing so, the writer of the present investigation attempts to find out its structural originality. The main finding of this study are as follows. The upper part of Palsangjeon is constructed with square log frameworks called GuiTl and Sacheon-Ju around the central column. The four walls along Sacheon-Ju from the 1st level to the 3rd well resists the outside horizontal piressure. And Gui-Tl structure on the 5th level copes much better with shear force. So this frame consisting of Sacheon-Ju and log frameworks might be viewed an semi-core system, This core is supported once again by the frame of Go-Ju. That is to say. Go-Ju supports frame of Sacheon-Ju. And the frame of Pyeong-Ju on the 4th and the 5th levels also supports it. The frame of Go-Ju is supported by the frame of Pyeong-Ju on the 1st and the 2nd levels. So this structure is designed to resist the wind and also keep the balance by properly distributing vertical pressure. The plan and the elevational structure of Palsangjeon keep the balance by the perfect symmetric structure. And the frame of Sacheon-Ju forming semi-core system can resist both the lateral load and the vertical pressure for the balance of its structure. The five story pagoda in Horyuji used to stand on a central which is desigend to support the main body of the pagoda from the first level. The principles of balance is used between the Ha-Aag and short to react the rafter. Sacheon-Ju and edge column is against the lateral load. The structural jointing system is stable thanks to the log framewroks formed on every level. The five story pagoda in Horyuji poseses the structual system originated from the ancient wooden pagoda. The pagoda is found to express simple, sincere and straight forward form. On the other hand, it could be seen as a stucture resisting the earthquake and the lateral load, Palsangjeon is an excellent building which religions function is well harmonized with its structure and appearance. It not only functions extremely well as a regions place like other pagodas, but also excellently shows how multi-story wooden building should be structured.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.3C
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pp.121-127
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2012
This paper investigates the response of frame structures with the consideration of tunnel construction (ground loss) conditions. The response of four-story open frame structure and block-infilled frame structures, which are subjected to tunnelling-induced ground movements, has been investigated in different construction (ground loss) conditions using numerical analysis. The open frame structure has been modelled as an elastic structure, while the block-infilled frame structure has been modelled to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The response of the two different frame structures has been investigated in terms of construction (ground loss) conditions considering the magnitude of deformations and cracks in structures. In addition, the damage levels, which are possibly induced in the structures, has been provided in terms of construction (ground loss) conditions using the state of strain damage estimation criterion (Son and Cording, 2005). The results of this study will provide a background for better understandings for controlling and minimizing building damage on nearby frame structures due to tunnelling-induced ground movements.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.305-312
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1999
A four-story reinforced concrete frame building model is designed for the gravity loads. only Static nonlinear pushover analyses are performed in two orthogonal horizontal directions. The overall capacity curves are converted into ADRS spectra and compared with demand spectra. At several points the deformed shape moment and shear distribution are calculated. It is observed that the seismic capacity may not meet the design requirements in soft soil condition and may collapse in MCE. It is concluded that limited but adequate amount of ductility need be provided in the seismic design in low to moderate seismicity regions.
Seyed Milad Hosseini;Mohamad Mohamadi Dehcheshmeh;Gholamreza Ghodrati Amiri
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.6
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pp.555-574
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2023
An efficient optimization algorithm and damage-sensitive objective function are two main components in optimization-based Finite Element Model Updating (FEMU). A suitable combination of these components can considerably affect damage detection accuracy. In this study, a new hybrid damage-sensitive objective function is proposed based on combining two different objection functions to detect the location and extent of damage in structures. The first one is based on Generalized Pseudo Modal Strain Energy (GPMSE), and the second is based on the element's Generalized Flexibility Matrix (GFM). Four well-known population-based metaheuristic algorithms are used to solve the problem and report the optimal solution as damage detection results. These algorithms consist of Cuckoo Search (CS), Teaching-Learning-Based Optimization (TLBO), Moth Flame Optimization (MFO), and Jaya. Three numerical examples and one experimental study are studied to illustrate the capability of the proposed method. The performance of the considered metaheuristics is also compared with each other to choose the most suitable optimizer in structural damage detection. The numerical examinations on truss and frame structures with considering the effects of measurement noise and availability of only the first few vibrating modes reveal the good performance of the proposed technique in identifying damage locations and their severities. Experimental examinations on a six-story shear building structure tested on a shake table also indicate that this method can be considered as a suitable technique for damage assessment of shear building structures.
Akbar, Junaid;Ahmad, Naveed;Alam, Bashir;Ashraf, Muhammad
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.1
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pp.1-8
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2018
Shake table tests performed on five 1:3 reduced scale two story RC moment resisting frames having construction defects, have shown severe joint damageability in deficient RC frames, resulting in joint panels' cover spalling and core concrete crushing. Haunch retrofitting technique was adopted herein to upgrade the seismic resistance of the deficient RC frames. Additional four deficient RC frames were built and retrofitted with steel haunch; both axially stiffer and deformable with energy dissipation, fixed to the beam-column connections to reduce shear demand on joint panels. The as-built and retrofitted frames' seismic response parameters are calculated and compared to evaluate the viability of haunch retrofitting technique. The haunch retrofitting technique increased the lateral stiffness and strength of the structure, resulting in the increase of structure's overstrength. The retrofitting increased response modification factor R by 60% to 100%. Further, the input excitation PGA was correlated with the lateral roof displacement to derive structure response curve that have shown significant resistance of retrofitted models against input excitations. The technique can significantly enhance the seismic performance of deficient RC frames, particularly against the frequent and rare earthquake events, hence, promising for seismic risk mitigation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.4
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pp.1541-1549
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2013
This study investigates the response of structures to tunnelling-induced ground movements in sand ground, varying tunnel excavation condition (tunnel depth and diameter), tunnel construction condition (ground loss), ground condition (loose sand and dense sand). Four-story block-bearing structures have been used because the structueres can easily be characterized of the extent of dmages with crack size and distribution. Numerical parametric studies have been used to investigae of the response of structures to varying tunnelling conditions. Numerical analysis has been conducted using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The results of structure responses from various parametric studies have been integrated to consider tunnel excavation condition, tunnel construction condition, and ground condition and provided as a relationship chart. Using the chart, the response of structures to tunnelling can easily be evaluated in practice in sand ground.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.175-183
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2014
This study investigates the response of structures to tunnelling-induced ground movements in clay ground, varying tunnel excavation condition (tunnel depth and diameter), tunnel construction condition (ground loss), and tunnel ground condition (soft clay and stiff clay). Four-story block-bearing structures have been used because the structures can easily be characterized of the extent of damages with crack size and distribution. Numerical parametric studies have been used to investigate of the response of structures to varying tunnelling conditions. Numerical analysis has been conducted using Discrete Element Method (DEM) to have real cracks when the shear and tensile stress exceed the maximum shear and tensile strength. The results of structure responses from various parametric studies have been integrated to consider tunnel excavation condition, tunnel construction condition, and tunnel ground condition and provide a relationship chart among them. Using the chart, the response of structures to tunnelling can easily be evaluated in practice in clay ground.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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