Now that problems with force-based seismic design have been clearly identified, design is inclined toward displacement-based methods. One such widely used method is Direct-Displacement-Based Design (DDBD). Yet, one of the shortcomings of DDBD is considering higher-mode amplification of story shear, moments, and displacements using equations obtained from limited parametric studies of regular planar frames. In this paper, a different approach to account for higher-mode effects is proposed. This approach determines the lateral secant stiffness of the building frames that fulfill the allowable inter-story drift without exceeding the desired story displacements. Using the stiffness, an elastic response spectrum analysis is carried out to determine elastic higher-mode force effects. These force effects are then combined with DDBD-obtained first-mode force effects using the appropriate modal superposition method so that design can be performed. The proposed design procedure is verified using Nonlinear Time History Analysis (NTHA) of twelve planar frames in four categories accounting for mass and stiffness irregularity along the height. In general, the NTHA response outputs compared well with the allowable limits of the performance objective. Thus, it fulfills the aim of minimizing the use of NTHA for planar frame buildings, thereby saving computational resources and effort.
The main purpose of this paper is to determine the dynamic characteristics and the structural stability of the two approach viaducts of the Bosphorus Suspension Bridge under the expected stresses that would be caused during earthquake conditions. The Ortakoy and the Beylerbeyi approach viaducts constitute the side spans of the bridge at two locations. The bridge's main span over the Bosphorus is suspended, whereas they are supported at the base at either end. For the numerical investigation of the viaducts, 3-D computational structural finite element-FE models were developed. Their natural frequencies and the corresponding mode shapes were obtained, analyzed, presented and compared. The performances of the viaducts, under earthquake conditions, were studied considering the P-Delta effects implementing the push-over (POA) and the non-linear time-history analyses (NTHA). For the NTHA, three earthquake ground motions were generated depending on the location of the bridge. Seismic performances of the viaducts were determined in accordance with the requirements of the Turkish Seismic Code for the Earthquake Design of Railways Bridges (TSC-R/2008) and those of Caltrans (CALTRANS-2001) given for Seismic Design of Steel Bridges, separately. Furthermore, the investigation was extended for evaluating the possible need for retrofitting in the future. After the analysis of the resultant data, a retrofit recommendation for the viaducts was presented.
This paper presents the seismic evaluation and prediction of a damaged piloti-type Reinforced Concrete (RC) building before and after post-retrofitting under successive earthquakes. For considering realistic successive earthquakes, the past records measured at the same station were combined. In this study, the damaged RC building due to the first earthquake was retrofitted with a buckling-restrained brace (BRB) before the second earthquake occurred. Nonlinear Time History Analysis (NTHA) was performed under the scaled intensity of the successive ground motions. Based on the extensive structural response data obtained form from the NTHA, the fragility relationships between the ground shaking intensity and the probability of reaching a pre-determined limit state was were derived. In addition, The the fragility curves of the pre-damaged building without and with the BRBs were employed to evaluate the effect of the successive earthquakes and the post-retrofit effect. Through the seismic assessment subjected to the successive records, it was observed that the seismic performance of the pre-damaged building was significantly affected by the severity of the damage from the first earthquake damages and the hysteresis behavior of the retrofit element.
In this study a direct displacement-based design (DDBD) procedure for a continuous deck bridge isolated with triple friction pendulum bearings (TFPB) has been proposed and the seismic demands of the bridge such as isolator's displacement and drift of piers obtained from this procedure evaluated under two-directional near-field ground motions. The structural model used here are continuous, three-span, castin-place concrete box girder bridge with a 30-degree skew which are isolated with 9 different TFPBs. By comparing the results of DDBD method with those of nonlinear time history analysis (NTHA), it can be concluded that the proposed procedure is able to predict seismic demands of similar isolated bridges with acceptable accuracy. Results of NTHA shows that dispersion of peak resultant responses for a group of ground motions increases by increasing their average value of responses. It needs to be noted that the demands parameters calculated by the DDBD procedure are almost overestimated for stiffer soil condition, but there is some underestimation in results of this method for softer soil condition.
Nonlinear Static Procedures (NSPs) have been developed as a practical tool to estimate the seismic demand of structures. Several researches have accomplished to minimize errors of NSPs, namely pushover procedures, in the Nonlinear Time History Analysis (NTHA), as the most exact method. The most important issue in a typical pushover procedure is the pattern and technique of loading which are extracted based on structural dynamic fundamentals. In this paper, the coefficients of modal force combination is focused involving a meta-heuristic optimization algorithm to find the optimum load pattern which results in a response with minimum amount of errors in comparison to the NTHA counterpart. Other parameters of the problem are based on the FEMA recommendations for pushover analysis of building structures. The proposed approach is implemented on a high-rise 20 storey concrete moment resisting frame under three earthquake records. In order to demonstrate the effectiveness and robustness of the studied procedure the results are presented beside other well-known pushover methods such as MPA and the FEMA procedures, and the results show the efficiency of the proposed load patterns.
The residual displacement ratio (RDRs) response spectra have been generally used as an important means to evaluate the post-earthquake repairability, and the ratios of residual to maximum inelastic displacement are considered to be more appropriate for development of the spectra. This methodology, however, assumes that the expected residual displacement can be computed as the product of the RDRs and maximum inelastic displacement, without considering the correlation between these two variables, which inevitably introduces potential systematic error. For providing an adequately accurate estimate of residual displacement, while accounting for the collapse resistance performance prior to the repairability evaluation, a probability-based procedure to estimate the residual displacement demands using the nonlinear static analysis (NSA) is developed for single-degree-of-freedom (SDOF) systems. To this end, the energy-based equivalent damping ratio used for NSA is revised to obtain the maximum displacement coincident with the nonlinear time history analysis (NTHA) results in the mean sense. Then, the possible systematic error resulted from RDRs spectra methodology is examined based on the NTHA results of SDOF systems. Finally, the statistical relation between the residual displacement and the NSA-based maximum displacement is established. The results indicate that the energy-based equivalent damping ratio will underestimate the damping for short period ranges, and overestimate the damping for longer period ranges. The RDRs spectra methodology generally leads to the results being non-conservative, depending on post-yield stiffness. The proposed approach emphasizes that the repairability evaluation should be based on the premise of no collapse, which matches with the current performance-based seismic assessment procedure.
Sharma, Vijay;Shrimali, Mahendra K.;Bharti, Shiv D.;Datt, Tushar K.
Steel and Composite Structures
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제36권4호
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pp.399-415
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2020
Responses of semi-rigid frames having different degrees of semi-rigidity obtained by the nonlinear static analysis (NSA) are evaluated at specific target displacements by comparing them with those obtained by the nonlinear time-history analysis (NTHA) for scaled earthquakes. The peak ground accelerations (PGA) of the earthquakes are scaled such that the obtained peak top story displacements match with the target displacements. Three different types of earthquakes are considered, namely, far-field and near-field earthquakes with directivity and fling-step effects. In order to make the study a comprehensive one, three degrees of semi-rigidity (one fully rigid and the other two semi-rigid), and two frames having different heights are considered. An ensemble of five-time histories of ground motion is included in each type of earthquake. A large number of responses are considered in the study. They include the peak top-story displacement, maximum inter-story drift ratio, peak base shear, total number of plastic hinges, and square root of sum of the squares (SRSS) of the maximum plastic hinge rotations. Results of the study indicate that the nonlinear static analysis provides a fairly good estimate of the peak values of top-story displacements, inter-story drift ratio (for shorter frame), peak base shear and number of plastic hinges; however, the SRSS of maximum plastic hinge rotations in semi-rigid frames are considerably more in the nonlinear static analysis as compared to the nonlinear time history analysis.
Most structures are expected deform nonlinear and inelastic behavior when subjected to strong ground motion. Nonlinear time history analysis(NTHA) is the most rigorous procedure to compute seismic performance in the various inelastic analysis methods. But nonlinear analysis procedures necessitate more reliable and practical tools for predicting seismic behavior of structures. Some building codes propose the capacity spectrum method. This method is the concept of an equivalent linear system, wherein a linear system having reduced stiffness and increased damping is used to estimate the response of the nonlinear system. This procedure are conceptually simple, but the iterative procedure is time-consuming and may sometimes lead to no solution or multiple solutions. This paper presents a nonlinear direct spectrum method(NDSM) to evaluate seismic performance of structures, without iterative computations, given by the structural initial elastic period and yield strength from the pushover analysis, especially for mixed building structure.
성능에 기초한 설계법에서는 비선형 응답산정이 필수적이며, 이를 위한 방법으로는 비선형시각이력해석법, 비선형 정적해석법, 비선형 효과를 고려한 등가선형해석법 등이 있다. 일부 규준에서는 pushover곡선으로부터 작성한 성능스펙트럼과 선형 응답스펙트럼으로부터 작성한 요구스펙트럼으로 이루어진 능력스펙트럼법을 제안하고 있다. 이 방법은 개념적으로는 간단하나 반복과정이 요구되며, 부정확한 결과를 산출하는 경우가 많다. 이에 따라 시행착오적인 등가선형 스펙트럼대신 비선형스펙트럼을 사용하는 방법들에 대한 연구들이 진행되고 있다. 비선형 요구스펙트럼은 표준적 선형 설계스펙트럼으로부터 결정될 수 있으며, 이 방법은 등가선형의 경우보다는 계산과정이 대폭 줄어들기는 하나 아직도 다소의 연산과정이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 다자유도계의 구조물에 대한 pushover곡선으로부터 구조물의 진동주기와 항복강도를 구한 다음, 일련의 계산과정을 거치지 않고도, 직접적으로 비선형 최대응답을 구할 수 있는 비선형 직접스펙트럼법(NDSM)을 제시하극 집중질량계의 MDF(다자유도계) 모델에 대해 다양한 지진기록과 제하강성저하지수를 변수로 하여 NDSM의 적용성과 신뢰성을 평가하고자 한다. 본 연구의 결론은 다음과 같다. 1) 다자유도계 구조물에 대한 비선형 직접스펙트럼법에 의한 최대변위 응답은 비선형 시각이력해석법에 의한 응답과 거의 일치하므로 실용적인 방법으로 사료된다. 2) 비선형 직접스펙트럼법과 비선형 시각이력해석에 의해 산정된 죄상층 변위 결과를 비교하면, 항복후강성계수가 0.1, MAD(modal adaptive distribution)에 의한 수평정적하중분폰 그리고 제하강성저하지수가 0.2~O.3일 때 평균오차가 가장 줄어드는 것으로 나타났다.
Several two-dimensional analytical beam column joint models with varying complexities have been proposed in quantifying joint flexibility during seismic vulnerability assessment of non-ductile reinforced concrete (RC) frames. Notable models are the single component rotational spring element and the super element joint model that can effectively capture the governing inelastic mechanisms under severe ground motions. Even though both models have been extensively calibrated and verified using quasi-static test of joint sub-assemblages, a comparative study of the inelastic seismic responses under nonlinear time history analysis (NTHA) of RC frames has not been thoroughly evaluated. This study employs three hypothetical case study RC frames subjected to increasing ground motion intensities to study their inherent variations. Results indicate that the super element joint model overestimates the transient drift ratio at the first story and becomes highly un-conservative by under-predicting the drift ratios at the roof level when compared to the single-component model and the conventional rigid joint assumption. In addition, between these story levels, a decline in the drift ratios is observed as the story level increased. However, from this limited study, there is no consistent evidence to suggest that care should be taken in selecting either a single or multi component joint model for seismic risk assessment of buildings when a global demand measure such as maximum inter-storey drift is employed in the seismic assessment framework.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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