The objective of this work is to study the restraining effect in fire resistance of framed structures and to evaluate the global response of reinforced concrete frames when exposed to fire based on advanced finite element method. To study the response a single portal frame is analyzed. The effect of floor slab on this frame is studied by modeling a beam-column-slab assembly. The evolution of temperature distribution, internal stresses and deformations of the frame subjected to ISO 834 standard fire curve for both the frames are studied. The thermal and structural responses are evaluated and a comparison of results of individual members and entire structure is done. From the study it can be seen that restraining forces has significant influence on both stresses and deflection and overall response of the structure when compared to individual structural member. Among the various structural elements, columns are the critical members in fire and failure of column causes the failure of entire structure. The fire rating of various structural elements of the frame is determined by various failure criteria and is compared with IS456 2000 tabulated fire rating.
Substructuring-based hierarchical approach for design analysis and optimization of structural frames is presented in this study. The conceptual framework of this method is in the hierarchical modeling for design processes as well as structural systems and the methodology combining substructuring analysis and multilevel optimization. Mathematical models for analysis and synthesis are established on the common basis of substructuring systems. Modularized behavioral analysis, design sensitivity analysis and optimization are linked and integrated on the mathematical and structural basis of substructuring. Substructures are coordinated with the active constraints for system level and the weight ratio criteria. Numerical examples for test frames show the validity and effectiveness of the present approach.
Stability equations that evaluate the elastic critical axial load of stepped columns under extreme and intermediate concentrated axial loads in any type of construction with sidesway totally inhibited, partially inhibited and uninhibited are derived in a classical manner. These equations can be utilized in the stability analysis of framed structures (totally braced, partially braced, and unbraced) with stepped columns with rigid, semirigid, and simple connetions. The proposed column classification and the corresponding stability equations overcome the limitations of current methods which are based on a classification of braced and unbraced columns. The proposed stability equations include the effects of: 1) semirigid connections; 2) step variation in the column cross section at the point of application of the intermediate axial load; and 3) lateral and rotational restraints at the intermediate connection and at the column ends. The proposed method consists in determining the eigenvalue of a $2{\times}2$ matrix for a braced column at the two ends and of a $3{\times}3$ matrix for a partially braced or unbraced column. The stability analysis can be carried out directly with the help of a pocket calculator. The proposed method is general and can be extended to multi-stepped columns. Various examples are include to demonstrate the effectiveness of the proposed method and to verify that the calculated results are exact. Definite minimum bracing criteria for single stepped columns is also presented.
Performance of a prototype base isolated building located at Indian Institute of Technology, Guwahati (IITG) has been studied here. Two numbers of three storeyed single bay RCC framed prototype buildings were constructed for experimental purpose at IITG, one supported on conventional isolated footings and the other on a seismic isolation system, consisting of lead plug bearings. Force balance accelerometers and a 12 channel strong motion recorder have been used for recording building response during seismic events. Floor responses from these buildings show amplification for the conventional building while 60 to 70% reduction has been observed for the isolated building. Numerical models of both the buildings have been created in SAP2000 Nonlinear. Infill walls have been modeled as compression struts and have been incorporated into the 3D models using Gap elements. System identification of the recorded data has been carried out using Parametric State Space Modeling (N4SID) and the numerical models have been updated accordingly. The study demonstrates the effectiveness of base isolation systems in controlling seismic response of isolated buildings thereby leading to increased levels of seismic protection. The numerical models calibrated by relatively low level of earthquake shaking provides the starting point for modeling the non-linear response of the building when subjected to strong shaking.
Ali, Mustafa M.;Osman, S.A.;Husam, O.A.;Al-Zand, Ahmed W.
Steel and Composite Structures
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v.26
no.3
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pp.361-373
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2018
This paper presents the development of finite element (FE) models to simulate the behavior of diagonally stiffened steel plate shear wall systems (SPSWs) with differently shaped openings subjected to a cyclic load. This walling system has the potential to be used for shear elements that resist lateral loads in steel-framed buildings. A number of $\text\tiny{^1/_2}$-scale one-story buildings that were un-stiffened, stiffened and stiffened with opening SPSWs are modeled and simulated using the finite element method based on experimental data from previous research. After validating the finite element (FE) models, the effects of infill plate thickness on the cyclic behavior of steel shear walls are investigated. Furthermore, triple diagonal stiffeners are added to the steel infill plates of the SPSWs, and the effects are studied. Moreover, the effects of a number of differently shaped openings applied to the infill plate are studied. The results indicate that the bearing capacity and shear resistance are affected positively by increasing the infill plate thickness and by adding triple diagonal stiffeners. In addition, the cyclic behavior of SPSWs is improved, even with an opening in the SPSWs.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.4
no.3
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pp.53-61
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1984
A nonlinear formulation of a beam finite element(NB6) on the total Lagrangian mode for the geometrically nonlinear analysis of two-dimensional elastic framed structures is presented. The NB6 beam element has been degenerated from the three-dimensional continuum by introducing the deep beam assumptions and consists of three reference nodes and three relative nodes. The element characteristics are derived by discretizing the beam equations of motion using the Galerkin weighted residual method and are reduced-integrated repeatedly for each loading step by the Newton-Raphson iteration techpique. Several numerical examples are given to demonstrate the accuracy and versatility of the proposed nonlinear NB6 beam element.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.3
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pp.46-52
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2018
Detail development and performance tests were conducted for the purpose of developing a damper system capable of lateral displacement control of existing frame structures. The development details are 1) ALD designed to prevent deformation of beams between columns and 2) AWD designed to control inter-story displacement. The non-reinforced BF specimen was used as a comparative study. The evaluation variables are failure mode, load-displacement curve, envelope curve, maximum strength, stiffness degradation and energy dissipation capacity. As a result, the seismic strengthening effect of ALD and AWD was confirmed. Also, it was confirmed that the method of restraining the column with the aramid sheet is superior to the improvement of the seismic performance.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.526-531
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2011
A dash panel component, close to passengers, plays a very important role to protect heat and noise from a power train. Meanwhile, it is also a main path that transfers vibration energy and eventually radiates acoustic noise into the cavity. Therefore, it seems important to provide an optimal design scheme incorporating sound packages such as dash isolation pad and carpet, as well as structures. The present study is the extension of the previous investigation how design variables affect sound radiation, which was carried out using the simple plate and framed system. The system taken into account in this paper is a dash panel component of a sedan, which includes A pillar, front side member, dash panel and the corresponding sound packages. Design variables such as panel thickness and sound package layers are investigated how they are related for the better radiation performance (i.e. structure-borne) and sound transmission loss (i.e. air borne).
A reinforced concrete (RC) framed structure detailed according to non-seismic detailing provisions as per Indian Standard was tested on shake table under dynamic loads. The structure had 3 main storeys and an additional storey to simulate the footing to plinth level. In plan the structure was symmetric with 2 bays in each direction. In order to optimize the information obtained from the tests, tests were planned in three different stages. In the first stage, tests were done with masonry infill panels in one direction to obtain information on the stiffness increase due to addition of infill panels. In second stage, the infills were removed and tests were conducted on the structure without and with tuned liquid dampers (TLD) on the roof of the structure to investigate the effect of TLD on seismic response of the structure. In the third stage, tests were conducted on bare frame structure under biaxial time histories with gradually increasing peak ground acceleration (PGA) till failure. The simulated earthquakes represented low, moderate and severe seismic ground motions. The effects of masonry infill panels on dynamic characteristics of the structure, effectiveness of TLD in reducing the seismic response of structure and the failure patterns of non-seismically detailed structures, are clearly brought out. Details of design and similitude are also discussed.
Current seismic codes (e.g. the NTC08 Italian code and the EC8 European code) adopt a performance-based approach for both the design of new buildings and the assessment of existing ones. Different limit states are considered by verifying structural members as well as non structural elements and facilities which have generally been neglected in practice. The key role of non structural elements on building performance has been shown by recent earthquakes (e.g. L'Aquila 2009) where, due to the extensive damage suffered by infills, partitions and ceilings, a lot of private and public buildings became unusable with consequent significant socio-economic effects. Furthermore, the collapse of infill panels, particularly in the case of out-of-plane failure, represented a serious source of risk to life safety. This paper puts forward an infill model capable of accounting for the effects arising from prior in-plane damage on the out-of-plane capacity of infill panels. It permits an assessment of the seismic performance of existing RC buildings with reference to both structural and non structural elements, as well as of their mutual interaction. The model is applied to a building type with RC framed structure designed only to vertical loads and representative of typical Italian buildings. The influence of infill on building performance and the role of the out-of-plane response on structural response are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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