One of the methods improving the seismic behavior of a structure is the frame with reduced beam section (RBS) which cuts a segment of flanges of the beam near the beam-to-column connection so that the section with reduced flanges has smaller flexural strength than the beam end. It is difficult to analyze the RBS frame because RBS portion has circular-cut type flange. And inelastic response of the steel frame with the RBS is very sensitive to the RBS model. In this paper, the analytical models of RBS portion are investigated and the results of the inelastic analysis for RBS analytical models are compared and then the analytical model for RBS is determined based on the results of inelastic analysis. Inelastic behavior of the RBS frame and its dynamic characteristics are investigated for selected analytical model of RBS.
When an eccentrically braced frame (EBF) is subjected to severe earthquakes, the links experience inelastic deformations while beams outside of the link, braces and columns are designed to remain elastic. To perform reliable inelastic analyses of EBFs sufficient analytical model which can accurately predict the inelastic performance of the links is needed. It is said in the literature that available analytical models for shear links generally predict very well the maximum shear forces and deformations from experiments on shear links, but may underestimate the intermediary values. In this study it is shown that available analytical models do not predict very well the maximum shear forces and deformations too. In this study an analytical model which can accurately predict both maximum and intermediary values of shear force and deformation is proposed. The model parameters are established based on test results from several experiments on shear links. Comparison of available test results with the hysteresis curves obtained using the proposed analytical model established the accuracy of the model. The proposed model is recommended to be used to perform inelastic analyses of EBFs.
When a roof frame is subjected to the airblast loading, the conventional way to analyze the damage of the frame or design the frame is to use single degree of freedom (SDOF) model. Although a roof frame consists of beams and girders, a typical SDOF analysis can be conducted only separately for each component. Thus, the rigid body motion of beams by deflections of supporting girders can not be easily considered. Neglecting the beam-girder interaction in the SDOF analysis may cause serious inaccuracies in the response values in both Pressure-Impulse curve (P-I) and Charge Weight-Standoff Diagrams (CWSD). In this paper, an inelastic two degrees of freedom (TDOF) model is developed, based on force equilibrium equations, to consider beam-girder interaction, and to assess if the modified SDOF analysis can be a reasonable design approach.
The purpose of this study is to propose an analytical model for the simulation of the hysteretic behavior of RC (reinforced concrete) beam-column subassemblages under various loading histories. The discrete line element with inelastic rotational springs is adopted to model the different locations of the plastic hinging zone. The hysteresis model can be adopted for a dynamic two-dimensional inelastic analysis of RC frame structures. From the analysis of test results it is found that the stiffness deterioration caused by inelastic loading can be simulated with a function of basic pinching coefficients, ductility ratio and yield strength ratio of members. A new strength degradation coefficient is proposed to simulate the inelastic behavior of members as a function of the transverse steel spacing and section aspect ratio. The energy dissipation capacities calculated using the proposed model show a good agreement with test results within errors of 27%.
Typically, beams that form part of structural systems are subjected to vertical distributed loading along their length. Distributed loading affects moment and shear distribution, and consequently spread of inelasticity, along the beam length. However, the finite element models developed so far for seismic analysis of frame structures either ignore the effect of vertical distributed loading on spread of inelasticity or consider it in an approximate manner. In this paper, a beam-type finite element is developed, which is capable of considering accurately the effect of uniform distributed loading on spreading of inelastic deformations along the beam length. The proposed model consists of two gradual spread inelasticity sub-elements accounting explicitly for inelastic flexural and shear response. Following this approach, the effect of distributed loading on spreading of inelastic flexural and shear deformations is properly taken into account. The finite element is implemented in the seismic analysis of plane frame structures with beam members controlled either by flexure or shear. It is shown that to obtain accurate results the influence of distributed beam loading on spreading of inelastic deformations should be taken into account in the inelastic seismic analysis of frame structures.
During strong seismic events, inelastic shear deformation occurs in beam-column joints. To capture inelastic shear deformation, an analytical model for beam-column joint in reinforced concrete (RC) frame structures has been proposed in this study. The proposed model has been developed using a rotational spring and rigid links. The stiffness properties of the rotational spring element have been assigned in terms of a moment rotation curve developed from the shear stress-strain backbone curve. The inelastic rotation behavior of joint has been categorized in three stages viz. cracking, yielding and ultimate. The joint shear stress and strain values at these stages have been estimated using analytical models and experimental database respectively. The stiffness properties of joint rotational spring have been modified by incorporating a geometry factor based on dimensions of adjoining beam and column members. The hysteretic response of the joint rotational spring has been defined by a pivot hysteresis model. The response of the proposed analytical model has been verified initially at the component level and later at the structural level with the two actually tested RC frame structures. The proposed joint model effectively emulates the inelastic behavior precisely with the experimental results at component as well as at structural levels.
Reinforced concrete structural walls are widely known to provide an efficient lateral load resistance and drift control. However, many reported researches on them are mostly limited to the RC structural walls reinforced according to seismic details. When the pushover analysis technique is used for the prediction of inelastic behavior of frame-wall structures for the seismic evaluation of existing buildings having non-seismic details, the reliability of this analysis method should be checked by the test results. The objective of this study is to verify the correlation between the experimental and analytical responses of a high-rise reinforced concrete frame-wall structure having non-seismic details by using DRAIN-2DX program[11] and the test results performed previously[1]. It is concluded that the behavior of the frame-wall model is mainly affected by the fixed-end rotation(uplift at base) and bending deformation of the wall and that the analysis with the LINKS model[10] in DRAIN-2DX describes them with good reliability.
본 연구는 반복 횡하중을 받는 철근콘크리트 골조의 비탄성 거동 및 연성능력을 파악하고 합리적이면서 경제적인 내진설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 횡방향 구속철근으로 인한 강도의 증가 효과를 고려하였다. 두께가 서로 다른 부재간의 접합부에서 단면강성이 급변하기 때문에 생기는 국소적인 불연속변형을 고려하기 위한 경계면요소를 도입하였다. 또한, 같은 변위진폭에 있어서의 하중재하 회수에 의한 효과를 고려하였다. 본 연구에서는 반복 횡하중을 받는 철근콘크리트 골조의 비탄성 거동 및 연성능력의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.
건축 구조물의 내진 설계는 탄성 정적 방법에 기초하고 있으나, 강진시 구조물의 실제 거동은 비탄성 동적이기 때문에 설계 규준의 적합성을 판단하기 위해서는 비탄성 동적 해석이 요구된다. 본 논문에서는 철근 콘크리트 특수 모멘트 저항 골조 건물을 선택하여 IBC 2003에 따라 설계한 후, 선택된 부재들의 최대 소성 회전, 소산 에너지를 구하여, 건물의 비탄성 거동이 규준에서 의도한 거동을 보이는 지를 검토함과 동시에 층간변위률 요구값을 구하여 설계 한도를 만족하는 지를 조사하였다. 더불어 비횡력 저항 시스템인 내부 모멘트 저항 골조의 해석시 포함 여부의 영향도 함께 조사하였다. 해석 결과 IBC 2003에 의해 설계된 건물은 규준이 의도한 비탄성 거동을 보여주었으며 층간변위률 또한 설계한도를 만족하였다. 그리고, 내부 모멘트 저항 골조는 지진 해석 결과에 중요한 영향을 미치므로 해석 모델에 반드시 포함되어야 함을 알수 있었다.
Inglessis, Pether;Medina, Samuel;Lopez, Alexis;Febres, Rafael;Florez-Lopez, Julio
Steel and Composite Structures
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제2권1호
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pp.21-34
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2002
A model of the process of local buckling in tubular steel structural elements is presented. It is assumed that this degrading phenomenon can be lumped at plastic hinges. The model is therefore based on the concept of plastic hinge combined with the methods of continuum damage mechanics. The state of this new kind of inelastic hinge is characterized by two internal variables: the plastic rotation and the damage. The model is valid if only one local buckling appears in the plastic hinge region; for instance, in the case of framed structures subjected to monotonic loadings. Based on this damage model, a new finite element that can describe the development of local buckling is proposed. The element is the assemblage of an elastic beamcolumn and two inelastic hinges at its ends. The stiffness matrix, that depends on the level of damage, the yielding function and the damage evolution law of the two hinges define the new finite element. In order to verify model and finite element, several small-scale frames were tested in laboratory under monotonic loading. A lateral load at the top of the frame was applied in a stroke-controlled mode until local buckling appears and develops in several locations of the frame and its ultimate capacity was reached. These tests were simulated with the new finite element and comparison between model and test is presented and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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