Hsu, Ting Y.;Pham, Quang V.;Chao, Wei C.;Yang, Yuan S.
Smart Structures and Systems
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제25권5호
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pp.531-541
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2020
This paper demonstrates the possibility of evaluating the safety of a building right after an earthquake using consumer-grade surveillance cameras installed in the building. Two cameras are used in each story to extract the time history of interstory drift during the earthquake based on camera calibration, stereo triangulation, and image template matching techniques. The interstory drift of several markers on the rigid floor are used to estimate the motion of the geometric center using the least square approach, then the horizontal interstory drift of any location on the floor can be estimated. A shaking table collapse test of a steel building was conducted to verify the proposed approach. The results indicate that the accuracy of the interstory drift measured by the cameras is high enough to estimate the damage state of the building based on the fragility curve of the interstory drift ratio. On the other hand, the interstory drift measured by an accelerometer tends to underestimate the damage state when residual interstory drift occurs because the low frequency content of the displacement signal is eliminated when high-pass filtering is employed for baseline correction.
This study presents an analytical investigation on the seismic response of a medium-rise buckling-restrained braced frame (BRBF) under the near-fault ground motions. A seven-story BRBF is designed as per the current code provisions for five different combinations of brace configurations and beam-column connections. Two types of brace configurations (i.e., Chevron and Double-X) are considered along with a combination of the moment-resisting and the non-moment-resisting beam-to-column connections for the study frame. Nonlinear dynamic analyses are carried out for all study frames for an ensemble of forty SAC near-fault ground motions. The main parameters evaluated are the interstory and residual drift response, brace displacement ductility, and plastic hinge mechanisms. Fragility curves are developed using log-normal probability density functions for all study frames considering the interstory drift ratio and residual drift ratio as the damage parameters. The average interstory drift response of BRBFs with Double-X brace configurations significantly exceeded the allowable drift limit of 2%. The maximum displacement ductility characteristics of BRBs is efficiently utilized under the seismic loading if these braces are arranged in the Double-X configurations instead of Chevron configurations in BRBFs located in the near-fault regions. However, BRBFs with the Double-X brace configurations exhibit the higher interstory drift and residual drift response under near-fault ground motions due to the formation of plastic hinges in the columns and beams at the intermediate story levels.
Large changes in stiffness associated with cracking and yielding of reinforced concrete sections may be expected to occur during the dynamic response of reinforced concrete frames to earthquake ground shaking. These changes in stiffness in stories that experience cracking might be expected to cause relatively large peak interstory drift ratios. If so, accounting for such changes would add complexity to seismic design procedures. This study evaluates changes in an index parameter to establish whether this effect is significant. The index, known as the coefficient of distortion (COD), is defined as the ratio of peak interstory drift ratio and peak roof drift ratio. The sensitivity of the COD is evaluated statistically for five- and nine-story reinforced concrete frames having either uniform story heights or a tall first story. A suite of ten ground motion records was used; this suite was scaled to five intensity levels to cause varied degrees of damage to the concrete frame elements. Ground motion intensity was found to cause relatively small changes in mean CODs; the changes were most pronounced for changes in suite scale factor from 0.5 to 1 and from 1 to 4. While these changes were statistically significant in several cases, the magnitude of the change was sufficiently small that values of COD may be suggested for use in preliminary design that are independent of shaking intensity. Consequently, design limits on interstory drift ratio may be implemented by limiting the peak roof drift in preliminary design.
Hsu, Ting Y.;Liu, Cheng Y.;Hsieh, Yo M.;Weng, Chi T.
Smart Structures and Systems
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제29권2호
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pp.287-299
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2022
Rather than using smartphones as seismometers with designated locations and orientations, this study proposes to employ crowds' smartphones in buildings to perform fast safety assessment of buildings. The principal advantage of using crowds' smartphones is the potential to monitor the safety of millions of buildings without hardware costs, installation labor, and long-term maintenance. This study's goal is to measure the maximum interstory drift ratios during earthquake excitation using crowds' smartphones. Beacons inside the building are required to provide the location and relevant building information for the smartphones via Bluetooth. Wi-Fi Direct is employed between nearby smartphones to conduct peer-to-peer time synchronization and exchange the acceleration data measured. An algorithm to align the orientation between nearby smartphones is proposed, and the performance of the orientation alignment, interstory drift measurement, and damage level estimation are studied numerically. Finally, the proposed approach's performance is verified using large-scale shaking table tests of a scaled steel building. The results presented in this study illustrate the potential to use crowds' smartphones with the proposed approach to record building motions during earthquakes and use those data to estimate buildings' safety based on the interstory drift ratios measured.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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제8권5호통권39호
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pp.25-33
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2004
To evaluate the seismic capacity of a multistorey building structures in performance based seismic design, it is needed to convert MDOF model into equivalent SDOF model. This paper presents predictions for interstory drift of multistorey structures using method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model. The principal objective of this investigation is to evaluate appropriateness of converting method through performing nonlinear time history analysis of a multistory building structures and an equivalent SDOF model. Comparing the interstory drift of multistorey structures calculated by time history analysis and those evaluated by an equivalent SDOF model, the adequacy and the validity of converting method is verified. The conclusion of this study is following; A method of converting a MDOF system into an equivalent SDOF model through the nonlinear time history response analysis is valid. Inelastic first mode shapes are expected to be more accurate than elastic first mode shapes in obtaining interstory drift of multistorey structures from equivalent SDOF model.
Modern performance-based design methods require ways to determine the factual behavior of structures subjected to earthquakes. Drift ratio demands are important measures of structural and/or nonstructural damage of the structures in performance-based design. In this study, global drift ratio and interstory drift ratio demands, obtained by nonlinear time history analysis of three generic RC frames using code-compatible ground motion record sets, are statistically evaluated. Several ground motion record sets compatible with elastic design spectra defined for the local soil classes in Turkish Earthquake Code are used for the analyses. Variation of the drift ratio demands obtained from ground motion records in the sets and difference between the mean of drift ratio demands calculated for ground motion sets are evaluated. The results of the study indicate that i) variation of maximum drift ratio demands in the sets were high; ii) different drift ratio demands are calculated using different ground motion record sets although they are compatible with the same design spectra; iii) the effect of variability due to random causes on the total variability of drift ratio demands is much larger than the effect of variability due to differences between the mean of ground motion record sets; iv) global and interstory drift ratio demands obtained for different ground motion record sets can be accepted as simply random samples of the same population at %95 confidence level. The results are valid for all the generic frames and local soil classes considered in this study.
Faridmehr, Iman;Osman, Mohd Hanim;Tahir, Mahmood Bin Md.;Nejad, Ali Farokhi;Hodjati, Reza
Structural Engineering and Mechanics
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제54권1호
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pp.35-54
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2015
The performance of a newly generated steel connection known as SidePlateTM moment connection for seismic loading and progressive collapse phenomenon has been investigated in this paper. The seismic evaluation portion of the study included a thorough study on of interstory drift angles and flexural strengths based on 2010 AISC Seismic Provisions while the acceptance criteria provided in UFC 4-023-03 guideline to resist progressive collapse must be satisfied by the rotational capacity of the connections. The results showed that the SidePlate moment connection was capable of attaining adequate rotational capacity and developing full inelastic capacity of the connecting beam. Moreover, the proposed connection demonstrated an exceptional performance for keeping away the plastic hinges from the connection and exceeding interstory drift angle of 0.06 rad with no fracture developments in beam flange groove-welded joints. The test results indicated that this type of connection had strength, stiffness and ductility to be categorized as a rigid, full-strength and ductile connection.
Rational scaling of design earthquake ground motions for tall buildings is essential for safer, risk-based design of tall buildings. This paper provides the structural designers with an insight for more rational scaling based on drift and input energy demands. Since a resonant sinusoidal motion can be an approximate critical excitation to elastic and inelastic structures under the constraint of acceleration or velocity power, a resonant sinusoidal motion with variable period and duration is used as an input wave of the near-field and far-field ground motions. This enables one to understand clearly the relation of the intensity normalization index of ground motion (maximum acceleration, maximum velocity, acceleration power, velocity power) with the response performance (peak interstory drift, total input energy). It is proved that, when the maximum ground velocity is adopted as the normalization index, the maximum interstory drift exhibits a stable property irrespective of the number of stories. It is further shown that, when the velocity power is adopted as the normalization index, the total input energy exhibits a stable property irrespective of the number of stories. It is finally concluded that the former property on peak drift can hold for the practical design response spectrum-compatible ground motions.
The near-collapse performance limit is defined as the deformation at the 20% drop of maximum base shear in the decreasing region of the pushover curve for ductile framed buildings. Although monotonic pushover analysis is preferred due to the simple application procedure, this analysis gives rise to overestimated results by neglecting the cumulative damage effects. In the present study, the acceptabilities of monotonic and cyclic pushover analysis results for the near-collapse performance limit state are determined by comparing with Incremental Dynamic Analysis (IDA) results for a 5-story Reinforced Concrete framed building. IDA is performed to obtain the collapse point, and the near-collapse drift ratios for monotonic and cyclic pushover analysis methods are obtained separately. These two alternative drift ratios are compared with the collapse drift ratio. The correlations of the maximum tensile and compression strain at the base columns and beam plastic rotations with interstory drift ratios are acquired using the nonlinear time history analysis results by the simple linear regression analyses. It is seen that these parameters are highly correlated with the interstory drift ratios, and the results reveal that the near-collapse point acquired by monotonic pushover analysis causes unacceptably high tensile and compression strains at the base columns, as well as large plastic rotations at the beams. However, it is shown that the results of cyclic pushover analysis are acceptable for the near-collapse performance limit state.
During preliminary design of a RC building located in a seismic area, having quick but reliable analytical measurement of interstory drifts and storey stiffnesses might be helpful in order to check the fulfillment of damage limit state and stiffness regularity in elevation required by seismic design codes. This paper presents two approximate methods, strongly interrelated each other, and addressed to achieve each of these two purposes for frame buildings. A brief description of some already existing methods addressed to the same aims is included to compare the main differences in terms of general approaches and assumptions. Both new approximate methods are then applied to 9 'ideal' frames and 2 'real' buildings designed according to the Italian seismic code. The results are compared with the 'exact' values obtained by the code-based standard calculation, performed via FEM models, showing a satisfactory range of accuracy. Compared with those by the other methods from literature, they indicate the proposed procedures lead to a better approximation of the objective structural parameters, especially for those buildings designed according to the modern 'capacity design' philosophy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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