Kaloop, Mosbeh R.;Son, Hong Min;Sim, Hyoung-Bo;Kim, Dongwook;Hu, Jong Wan
Structural Engineering and Mechanics
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제74권2호
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pp.201-214
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2020
This study aims at evaluating composite moment frame structures (CFS) using wavelet analysis of the displacement behavior of these structures. Five seismic damage mitigation systems' models of 9-story CFS are examined namely, basic (Model 1), reinforced (Model 2), buckling restrained braced (BRB) (Model 3), lead rubber bearing (LRB) (Model 4), and composite (Model 5) moment frames. A novel integration between continuous and discrete wavelet transforms is designed to estimate the wavelet power energy and variance of measurements' behaviors. The behaviors of the designed models are evaluated under influence of four seismic loads to study the dynamic performance of CFS in the frequency domain. The results show the behaviors of models 3 and 5 are lower than other models in terms of displacement and frequency performances. Model 3 has been shown lower performances in terms of energy and variance wavelets along the monitoring time; therefore, Model 3 demonstrates superior performance and low probability of failure under seismic loads. Furthermore, the wavelet variance analysis is shown a powerful tool that can be used to assess the CFS under seismic hazards.
In recent years, along with the advances made in performance-based design optimization, the need for fast calculation of response parameters in dynamic analysis procedures has become an important issue. The main problem in this field is the extremely high computational demand of time-history analyses which may convert the solution algorithm to illogical ones. Two simplifying strategies have shown to be very effective in tackling this problem; first, simplified nonlinear modeling investigating minimum level of structural modeling sophistication, second, wavelet analysis of earthquake records decreasing the number of acceleration points involved in time-history loading. In this paper, we try to develop an efficient framework, using both strategies, to solve the performance-based multi-objective optimal design problem considering the initial cost and the seismic damage cost of steel moment-frame structures. The non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) is employed as the optimization algorithm to search the Pareto optimal solutions. The constraints of the optimization problem are considered in accordance with Federal Emergency Management Agency (FEMA) recommended design specifications. The results from numerical application of the proposed framework demonstrate the capabilities of the framework in solving the present multi-objective optimization problem.
The purpose of this study was to estimate the resistance capacity of a traditional wooden house with shear walls made of wood panel. In order to achieve the purpose of the study, the load - displacement test was carried out and the resistance moment values of the shear walls were proposed. The shear walls were made by placing studs with a nominal dimension of $38mm{\times}89mm$ at intervals of 600 mm, and attaching 12 mm thick plywood with 8-d size pegs at intervals of 150 mm. The type of traditional building wall was classified and showed the moment resistance ability of each wall type. This value is expressed as a proportional value divided by the moment resisting capacity of the standard size shear walls not divided into the divided small frames. Although some frames have proportional values larger than 1.0 even though they have openings, most of them show values smaller than 1.0. Also, even without the openings, it showed a smaller value than 1, such as 0.84 and 0.67.
High-rise buildings with vertical setback are widely used in practice. From the field investigation of the past earthquakes, it was found that such kind of vertically irregular high-rise building structures easily suffer severe damage during strong earthquakes. This paper presents an extensive study on the earthquake responses of moment-resisting frame structures (MFS) popularly applied in high-rise buildings with vertical setback. Four groups of MFS are designed, including three groups of structures with vertical setback and one group of structures with the lateral stiffness varying along the building height but without vertical setback. The numerical models of the structures are established, and the time history analysis of the structures under different levels of earthquakes is conducted. The earthquake responses of the structures are compared. The influence of the ratio between the horizontal setback dimension and the previous plan dimension, the eccentricity of setback, and the position where the setback occurs on the seismic performance of structures is studied. The rationality of the provisions for the structures with vertical setback specified in the current design codes is checked by the findings from this study.
The purpose of this study is to compare the seismic resistant capacity inherent in ductile moment resisting frames using two different joint modeling. The difference between these two models is the capability for considering the panel zone deformation. For this purpose, 5 story steel moment frame is designed in compliance to the Korean seismic design provisions and the steel structure design standard. Nonlinear Static Procedure(NSP) and Nonlinear Dynamic Procedure(NDP) of this structure are carried out using two different joint models. Based on the results of NSP and NDP, the sensitivity of the response to analytical modeling is appraised. Also, it is proposed that for the highrise steel structures, the joint deformation should be accounted properly by the analytical model.
Based on stability theory of current rigid steel frames and using the three-column subassemblage model, the governing equations for determining the effective length factor (${\mu}$-factor) of the columns in semirigid composite frames are derived. The effects of the nonlinear moment-rotation characteristics of beam-to-column connections and composite action of slab are considered. Furthermore, using a two-bay three-storey composite frame with semi-rigid connections as an example, the effects of the non-linear moment-rotation characteristics of connections and load value on the ${\mu}$-factor are numerically studied and the ${\mu}$-factors obtained by the proposed method and Baraket-Chen's method are compared with those obtained by the exact finite element method. It was found that the proposed method has good accuracy and can be used in stability analysis of semi-rigid composite frames.
Karimiyan, Somayyeh;Moghadam, Abdolreza S.;Vetr, Mohammad G.
Earthquakes and Structures
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제5권3호
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pp.277-296
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2013
Margin of safety against potential of progressive collapse is among important features of a structural system. Often eccentricity in plan of a building causes concentration of damage, thus adversely affects its progressive collapse safety margin. In this paper the progressive collapse of symmetric and asymmetric 3-story reinforced concrete ordinary moment resisting frame buildings subjected to the earthquake ground motions are studied. The asymmetric buildings have 5%, 15% and 25% mass eccentricity. The distribution of the damage and spread of the collapse is investigated using nonlinear time history analyses. Results show that potential of the progressive collapse at both stiff and flexible edges of the buildings increases with increase in the level of asymmetry in buildings. It is also demonstrated that "drift" as a more easily available global response parameter is a good measure of the potential of progressive collapse rather than much difficult-to-calculate local response parameter of "number of collapse plastic hinges".
For evaluation of building performance, a nonlinear dynamic capacity of the building is a key parameter. In this study, an reinforced concrete special moment resisting frame building was chosen to study the process of determining the nonlinear dynamic capacity. The building, which was designed by IBC 2003 representing new codes, was composed of special moment resisting frames in the perimeter and internal frames inside the building. The capacity, which is inter-story drift capacity, consists of two categories, local and global collapses. Global collapse capacity was determined by incremental dynamic analysis. Local collapse capacity was determined by the same method except for utilizing damage index. In audition to this, it was also investigated that the effect of including internal frames designed by gravity load in the analysis. Results showed that the damage index is a useful tool for determining local collapse. Furthermore, including the internal frames with special frames in the analysis is very important in determining the capacity of a building so both must be considered at the same time.
As steel is highly sensitive to temperature variations, fire exposure is more destructive in the case of steel structures in comparison to the concrete ones. The performance of an intermediate three-story steel moment frame with 4 spans was studied under the service load, thermal load and post-earthquake fire in this paper. Also, the effects of passive fire-protection materials such as ordinary cement-based and fire-retardant coatings were investigated. To model and analyze the structure; Abaqus software is utilized. In order to apply the earthquake effect, the push-over analysis method is employed. Changes in the stories deflection, endurance time and growth of nonlinear regions due to losses in the steel stiffness and strength, are among the issues considered in this study. As an interesting finding, the beams protected by ordinary cement-based coating could sustain the fire exposure at least for 30 minutes in all cases. The mentioned time is increased by employing a new fire-retardant protection, which could prevent significant loss in the structure resistance against fire, even after 60 minutes of exposure to fire.
The moment-resistant steel frames are frequently used as a load-bearing structure of buildings. Global response of a moment-resistant frame structure strongly depends on connections behavior, which can significantly influence the response and load-bearing capacity of a steel frame structure. The analysis of a steel frame with included joints behavior is the main focus of this work. In particular, we analyze the behavior of two connection types through experimental tests, and we propose numerical beam model capable of representing connection behavior. The six experimental tests, under monotonic and cyclic loading, are performed for two different types of structural connections: end plate connection with an extended plate and end plate connection. The proposed damage-plasticity model of Reissner beam is able to capture both hardening and softening response under monotonic and cyclic loading. This model has 18 constitutive parameters, whose identification requires an elaborate procedure, which we illustrate in this work. We also present appropriate loading program and arrangement of measuring equipment, which is crucial for successful identification of constitutive parameters. Finally, throughout several practical examples, we illustrate that the steel structure connections are very important for correct prediction of the global steel frame structure response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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