Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.6
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pp.45-53
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2011
The purpose of this study was to propose a design procedure for a damped structure with a friction damper for an existing structure. The target displacement of the damped structure was determined using the maximum displacement of the existing structure. The displacement of the damped structures was predicted using a proposed equation for the inelastic displacement ratio. For this study, we conducted a nonlinear response history analysis using 80 earthquake ground motions to verify the validity of the proposed design procedure by comparing the responses of the damped and undamped structures. Based on the dynamic analysis results, it was concluded that the predicted displacement of the damped structure using the proposed design procedure matched well with the analysis results.
The concept of performance based seismic design has been gradually accepted by the earthquake engineering profession recently, in which the cost-effectiveness criterion is one of the most important principles and more attention is paid to the structural performance at the inelastic stage. Since there are many uncertainties in seismic design, reliability analysis is a major task in performance based seismic design. However, structural reliability analysis may be very costly and time consuming because the limit state function is usually a highly nonlinear implicit function with respect to the basic design variables, especially for the complex large-scale structures for dynamic and nonlinear analysis. Understanding statistical properties of the structural inelastic deformation, which is the aim of the present paper, is helpful to develop an efficient approximate approach of reliability analysis. The present paper studies the statistical properties of the maximum elastoplastic story drift of steel frames subjected to earthquake load. The randomness of earthquake load, dead load, live load, steel elastic modulus, yield strength and structural member dimensions are considered. Possible probability distributions for the maximum story are evaluated using K-S test. The results show that the choice of the probability distribution for the maximum elastoplastic story drift of steel frames is related to the mean value of the maximum elastoplastic story drift. When the mean drift is small (less than 0.3%), an extreme value type I distribution is the best choice. However, for large drifts (more than 0.35%), an extreme value type II distribution is best.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2A
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pp.81-92
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2010
In design of steel frames, it is generally believed that elastic system buckling analysis cannot predict real behaviors of structures, while inelastic system buckling analysis can give informative buckling behaviors of individual members considering inelastic material behavior. However, the use of Euler buckling equation with these system buckling analyses have the inherent problem that the methods evaluate unexpectedly large effective lengths of members having relatively small axial forces. This paper proposes a new method of obtaining elastic and inelastic effective lengths of all members in steel frames. Considering a fictitious axial force factor for each story of frames, the proposed method determines the effective lengths using the inelastic stiffness reduction factor and the iterative eigenvalue analysis. In order to verify the validity of the proposed method, the effective lengths of example frames by the proposed method were compared to those of previously established methods. As a result, the proposed method gives reasonable effective lengths of all members in steel frames. The effect of inelastic material behavior on the effective lengths of members was also discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.473-480
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2011
Recently, the resizing algorithms based on the displacement participation factors have been developed for sizing members to satisfy stiffness criteria. It is proved that this resizing algorithms made for utilizing worker's stiffness design are practical and rational due to the simplicity and convenience of the method. The resizing algorithm can be practically and effectively applied to drift design of buildings. However, the researches on the change of inelastic behavior by the resizing algorithm has been insufficient. To identify the effect on the inelastic behavior of buildings by the resizing method, this study used the reinforced concrete shear wall-frame example. Through the application of the resizing method, the weights of shear wall in the lower class and the weights of columns and beams in the upper class increased respectively. And the initial stiffness of the building increased and the ductility of the buildings had similar with that of the initial structure.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1A
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pp.25-37
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2008
The capacity spectrum method (CSM) is a simple and graphical seismic analysis procedure. Originally, it has been developed for buildings, but now its applicability has been extended to bridge structures. It is based on the capacity curve estimated by pushover analysis and demand spectrum reduced from linear elastic design spectrum by using effective damping or strength reduction factor. In this paper, the inelastic demand spectrum as the reduced demand spectrum is calculated from the linear elastic design spectrum by using the several formulas for the strength reduction factor. The effects of the strength reduction factor for the capacity spectrum analysis are evaluated for 3 types of symmetric and asymmetric bridge structures. To investigate an accuracy of the CSM which several formulas for strength reduction factor were applied, the maximum displacements estimated by the CSM are compared with the results obtained by nonlinear time history analysis for 8 artificially generated earthquakes. The maximum displacements estimated by the CSM using the SJ formula among the several strength reduction factors provide the most accurate agreement with those calculated by the inelastic time history analysis.
This paper presents a theoretical and computational approach to solve inelastic structures subjected to overloads. Current practice in structural design is based on elastic analysis followed by limit strength design. Whereas this approach typically results in safe strength design, it does not always guarantee satisfactory performance at the service level because the internal stiffness distribution of the structure changes from the service to the ultimate strength state. A significant variation of relative stiffnesses between the two states may result in unwanted cracking at the service level with expensive repairs, while, under certain circumstances, early failure may occur due to unexpected internal moment reversals. To address these concerns, a new inelastic model is presented here that is based on the nonlinear material response and the interaction relation between axial forces and bending moments of a beam-column element. The model is simple, reasonably accurate, and computationally efficient. It is easy to implement in standard structural analysis codes, and avoids the complexities of expensive alternative analyses based on 2D and 3D finite-element computations using solid elements.
The main purpose of this paper is to establish the high temperature structural integrity evaluating procedures for the next generation reactors, which are to be operated at over 500$^{\circ}C$ and for 60 years. To do this, comparison studies of the high temperature structural design codes and assessment procedures such as the ASME-NH (USA), RCC-MR (France), DDS (Japan), and R5 (UK) are carried out in view of the accumulated inelastic strain and the creep-fatigue damage evaluations. Also the application procedures of the ASME-NH rules with the actual thermal and structural analysis results are described in detail. To overcome the complexity and the engineering costs arising from a real application of the ASME-NH rules by hand, all the procedures established in this study such as the time-dependent primary stress limits, total accumulated creep ratcheting strain limits, and the creep-fatigue damage limits are computerized and implemented into the SIE ASME-NH program. Using this program, the selected high temperature structures subjected to two cycle types are evaluated and the parametric studies for the effects of the time step size, primary load, number of cycles, normal temperature for the creep damage evaluations and the effects of the load history on the creep ratcheting strain calculations are investigated.
The static design approach in the current code implies that the inherent torsional moment represents the state of zero inertial torsional moments at the center of mass (CM). However, both experimental and analytical results prove the existence of a large amount of the inertial torsional moment at the CM. Also, the definition of eccentricity by engineers, which is referred to as the resistance eccentricity, is defined as the distance between the center of mass and the center of resistance, which is conceptually different from the static eccentricity in the current codes, defined as the arm length about the center of rotation. The difference in the definitions of eccentricity should be made clear to avoid confusion about the torsion design. This study proposed prediction equations as a function of resistance eccentricity based on a resistance eccentricity model with advantages of (1) the recognition of the existence of torsional moment at the CM, (2) the avoidance of the confusion by using resistance eccentricity instead of the design eccentricity, and (3) a clear relationship of applied inertial forces at the CM and resisting forces. These predictions are compared with the seismic responses obtained from time-history analyses of a five-story building structure under moderate and severe earthquakes. Then, the trend of the resistance eccentricity corresponding to the maximum edge drift is investigated for elastic and inelastic responses. The comparison given in this study shows that these prediction equations can serve as a useful reference for the prediction in both the elastic and the inelastic ranges.
The evaluation of the accumulation of permanent set for inelastic structures due to wind action is important in establishing a criterion to select a reduced design wind load and in incorporating the beneficial ductile behaviour in wind engineering. A parametric study of the accumulation of the permanent set as well as the ductility demand for bilinear single-degree-of-freedom (SDOF) systems is presented in the present study. The dynamic analysis of the inelastic SDOF system is carried out using the method of Newmark for artificially generated time history of wind speed. Simulation results indicate that the mean of the normalized damage rate is highly dependent on the natural frequency of vibration. This mean value is relatively insensitive to the damping ratio if the damping ratio is larger than 5%. The scatter associated with the accumulation of the permanent set is very significant. The consideration of the postyield stiffness can significantly reduce the accumulation of the permanent set if the ratio of the yield strength to the expected peak response is small. The results also show that the ductility demand due to the wind action over a period of one hour for flexible structures can be much less than that for rigid structures or structures with larger damping ratio if the SDOF systems are designed with a reduced peak response caused by the fluctuating wind.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.347-356
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2006
In this paper, practical nonlinear inelastic analysis method of 3-dimensional steel structures accounting for gradual yielding with fibers on a section is developed. Geometric nonlinearities of member(p-$\delta$) and frame(p-$\Delta$) are accounted for by using stability functions. Residual stresses are considered by assigning initial stresses to the fiber on the section. The elastic core in a section is investigated at every loading step to determine the axial and bending stiffness reduction. The strain reversal effect is captured by investigating the stress change of each fiber. The proposed analysis proves to be useful in applying for practical analysis and design of three-dimensional steel frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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